Датчики дыма являются более эффективным инструментом противопожарной сигнализации, так как, в отличие от традиционных тепловых датчиков, они срабатывают до образования открытого пламени и заметного роста температуры в помещении. Ввиду сравнительной простоты реализации, широкое распространение получили оптоэлектронные датчики дыма. Они состоят из дымовой камеры, в которой установлены излучатель света и фотоприемник. Связанная с ними схема формирует сигнал срабатывания, когда обнаруживается существенное поглощение излучаемого света. Именно такой принцип действия положен в основу рассматриваемого датчика.

Приведенный здесь датчик дыма использует батарейное питание, поэтому, в целях увеличения практичности, он должен в среднем потреблять очень малый ток, исчисляемый единицами микроампер. Это позволит ему в течение нескольких лет проработать без необходимости замены батареи питания. Кроме того, в исполнительной цепи предполагается использование звукового излучателя, способного развить звуковое давление не менее 85 дБ. Типичным способом обеспечения очень малого электропотребления устройства, которое должно содержать достаточно сильноточные элементы, как, например, излучатель света и фотоприемник, является его повторно-кратковременный режим работы, причем длительность паузы должна во много раз превышать длительность активной работы.

В таком случае среднее потребление будет сводиться к суммарному статическому потреблению неактивных компонентов схемы. Реализовать такую идею помогают программируемые микроконтроллеры (МК) с возможностями перевода в микромощный дежурный режим и автоматического возобновления активной работы через заданные интервалы времени. Таким требованиям полностью отвечает 14-выводной МК MSP430F2012 с объемом встроенной Flash-памяти 2 кбайт. Данный МК после перевода в дежурный режим LPM3 потребляет ток, равный всего лишь 0,6 мкА. В эту величину также входит потребляемый ток встроенного RC-генератора (VLO) и таймера А, что позволяет продолжать счет времени даже после перевода МК в дежурный режим работы. Однако данный генератор очень нестабилен. Его частота в зависимости от окружающей температуры может варьироваться в пределах 4…22 кГц (номинальная частота 12 кГц). Таким образом, в целях обеспечения заданной длительности пауз в работе датчика, в него должна быть заложена возможность калибровки VLO. Для этих целей можно использовать встроенный высокочастотный генератор — DCO, который откалиброван производителем с точностью не хуже ±2,5% в пределах температурного диапазона 0…85°С.

Со схемой датчика можно ознакомиться на рис. 1.

Рис. 1.

Здесь в качестве элементов оптической пары, размещенных в дымовой камере (SMOKE_CHAMBER), используются светодиод (СД) и фотодиод инфракрасного (ИК) спектра. Благодаря рабочему напряжению МК 1,8…3,6 В и надлежащим расчетам других каскадов схемы, достигнута возможность питания схемы от двух батареек типа ААА. Для обеспечения стабильности излучаемого света в условиях питания нестабилизированным напряжением рабочий режим СД задается источником тока 100 мА, который собран на двух транзисторах Q3, Q4. Данный источник тока активен, когда на выходе P1.6 установлен высокий уровень. В дежурном режиме работы схемы он отключается (P1.6 = «0»), а общее потребление каскадом ИК излучателя снижается до ничтожно малого уровня тока утечки через Q3. Для усиления сигнала фотодиода применена схема усилителя фототока на основе ОУ TLV2780. При выборе этого ОУ руководствовались стоимостью и временем установления. У данного ОУ время установления составляет до 3 мкс, что позволило не использовать поддерживаемую им возможность перехода в дежурный режим работы, а взамен этого — управлять питанием усилительного каскада с выхода МК (порт P1.5). Таким образом, после отключения усилительного каскада он вообще не потребляет никакого тока, а достигнутая экономия тока составляет около 1,4 мкА.

Для сигнализации о срабатывании датчика дыма предусмотрены звуковой излучатель (ЗИ) P1 (EFBRL37C20, Panasonic) и светодиод D1. ЗИ относится к пьезоэлектрическому типу. Он дополнен компонентами типовой схемы включения (R8, R10, R12, D3, Q2), которые обеспечивают непрерывную генерацию звука при подаче постоянного напряжения питания. Примененный здесь тип ЗИ генерирует звук частотой 3,9±0,5 кГц. Для питания схемы ЗИ выбрано напряжение 18 В, при котором он создает звуковое давление порядка 95 дБ (на расстоянии 10 см) и потребляет ток около 16 мА. Данное напряжение генерирует повышающий преобразователь напряжения, собранный на основе микросхемы IC1 (TPS61040, TI). Требуемое выходное напряжение задано указанными на схеме номиналами резисторов R11 и R13. Схема преобразователя также дополнена каскадом изоляции всей нагрузки от батарейного питания (R9, Q1) после перевода TPS61040 в дежурный режим (низкий уровень на входе EN). Это позволяет исключить протекание токов утечки в нагрузку и, таким образом, свести общее потребление данным каскадом (при отключенном ЗИ) до уровня собственного статического потребления микросхемы IC1 (0,1 мкА). В схеме также предусмотрены: кнопка SW1 для ручного включения / отключения ЗИ; «джамперы» для конфигурации цепи питания схемы датчика (JP1, JP2) и подготовки к работе ЗИ (JP3), а также разъемы внешнего питания на этапе отладки (X4) и подключения адаптера встроенной в МК отладочной системы (X1) через двухпроводной интерфейс Spy-Bi-Wire.

Рис. 2.

После сброса МК выполняется вся необходимая инициализация, в т.ч. калибровка генератора VLO и настройка периодичности возобновления активной работы МК, равной восьми секундам. Вслед за этим МК переводится в экономичный режим работы LPM3. В этом режиме остается в работе VLO и таймер А, а ЦПУ, высокочастотная синхронизация и прочие модули ввода-вывода прекращают работу. Выход из этого состояния возможен по двум условиям: генерация прерывания по входу P1.1, которое возникает при нажатии на кнопку SW1, а также генерация прерывания таймера А, которое происходит по истечении установленных восьми секунд. В процедуре обработки прерывания по входу P1.1 вначале генерируется пассивная задержка (примерно 50 мс) для подавления дребезга, а затем изменяется на противоположное состояние линии управления ЗИ, давая возможность вручную управлять активностью ЗИ. Когда же возникает прерывание по таймеру А (прерывание ТА0), выполняется процедура оцифровки выхода усилителя фототока в следующей последовательности. Вначале выполняются четыре оцифровки при отключенном ИК светодиоде, затем — четыре оцифровки при включенном светодиоде. В дальнейшем эти оцифровки подвергаются усреднению. В конечном счете формируются две переменные: L — усредненное значение при отключенном ИК светодиоде, и D — усредненное значение при включенном ИК светодиоде. Четырехкратные оцифровки и их усреднения выполняются с целью исключения возможности ложных срабатываний датчика. С этой же целью выстраивается дальнейшая цепочка «препятствий» ложному срабатыванию датчика, начиная с блока сопоставления переменных L и D. Здесь сформулировано необходимое условие срабатывания: L — D > x, где x — порог срабатывания. Величину x выбирают опытным путем из соображений нечувствительности (например, к пыли) и гарантированного срабатывания при попадании дыма. Если условие не выполняется, происходит отключение светодиода и ЗИ, сбрасывается флаг состояния датчика (AF) и счетчик SC. После этого, выполняется настройка таймера А на возобновление активной работы через восемь секунд, и МК переводится в режим LPM3. Если условие же выполняется, проверяется состояние датчика. Если он уже сработал (AF = «1»), то никаких дальнейших действий выполнять не нужно, и МК сразу переводится в режим LPM3. Если же датчик еще не сработал (AF = «0»), то выполняется инкрементирование счетчика SC с целью подсчета числа обнаруженных выполнений условия срабатывания, что в еще большей степени позволяет повысить помехоустойчивость. Позитивное решение о срабатывании датчика принимается после обнаружения трех подряд условий срабатывания. Однако во избежание чрезмерного затягивания задержки реагирования на появление дыма, длительность нахождения в дежурном режиме сокращается до четырех секунд после первого выполнения условия срабатывания и до одной секунды — после второго. Описанный алгоритм реализует программа, доступная по ссылке http://www.ti.com/litv/zip/slaa335 .

В заключение определим средний потребляемый датчиком ток. Для этого в таблицу 1 занесены данные по каждому потребителю: потребляемый ток (I) и длительность его потребления (t). Для циклически-работающих потребителей, с учетом восьмисекундной паузы, средний потребляемый ток (мкА) равен I ґ t/8 ґ 106. Суммируя найденные значения, находим средний потребляемый датчиком ток: 2 мкА. Это очень хороший результат. Например, при использовании батареек емкостью 220 мА ґ ч расчетная длительность работы (без учета саморазряда) составит около 12 лет.

Таблица 1. Средний потребляемый ток с учетом восьмисекундной паузы в работе датчика

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:

Своевременное обнаружение пожара позволяет спасти жизни многих людей и сохранить ценное имущество. Для этого применяется пожарная сигнализация, схема и составляющие которой могут варьироваться в зависимости от типа здания и поставленных перед системой задач. Её главная функция - оперативно подать сигнал о начавшемся возгорании, после чего его можно будет быстро локализовать.

Показать всё

Назначение сигнализации

Способы извещения об экстренных ситуациях существуют с древних времён. Ещё много веков назад люди передавали информацию на расстоянии при помощи костров, световых сигналов, звона колоколов или других далеко разносящихся звуков.

В современном мире такую роль выполняют различные виды сигнализаций. Принцип работы пожарного оповещения заключается в фиксации данных о состоянии помещения при помощи многочисленных датчиков. Если какие-то показания отличаются от нормы, они передаются в дежурную службу, которая в кратчайшие сроки прибывает на место и тушит огонь.

Быстрая проверка шлейфов сигнализации

В число дополнительных функций ОПС (охранно-пожарной сигнализации) могут входить:



Так как возникновение пожара несёт с собой опасность для человеческих жизней и материальных ценностей, законы регламентируют установку систем противопожарной безопасности в административных зданиях. Если же соответствующих постановлений нет, владельцы помещения сами могут решать, устанавливать ОПС или нет.



Используемые устройства

В состав противопожарной сигнализации входит множество устройств. Их можно разделить на следующие категории:

• сенсорные приборы - датчики и извещатели, находящиеся в разных местах здания и фиксирующие показатели окружающей среды;
• устройства, получающие и обрабатывающие данные, приходящие с сенсорных приборов;
• центральный компьютер или другое управляющее оборудование, которое контролирует работу всей остальной техники;
• системы для информирования людей об аварийной ситуации.

К контрольной панели могут подключаться отдельные периферийные устройства. Вот некоторые из них:

• звуковые и световые оповещатели;
• принтеры сообщений, печатающие служебную и тревожную информацию;
• пульт управления;
• модуль для изоляции короткого замыкания.

Ардуино + ИП212 пожарный извещатель (пожарная сигнализация)

Общая схема сигнализации довольно проста: датчики фиксируют начало пожара, передают эту информацию на программу обработки, которая сообщает о ситуации в центр мониторинга.

Датчики, задействованные в системе, могут делиться на два основных типа:

1. 1. Активные - постоянно издают сигнал и фиксируют его неизменность. Если в нём происходят какие-то изменения, ситуация трактуется как пожароопасная.
2. 2. Пассивные - реагируют на перемены в окружающей обстановке, возможно, вызванные возгоранием.

Механизм действия этих приборов тоже может отличаться. По внутреннему устройству их можно поделить на:

• инфракрасные;
• магнитокрасные;
• комбинированные;
• реагирующие на разбитие стекла;
• задействующие активные переключатели на периметре.



Виды пожарных извещателей

Есть три основных способа понять, что начался пожар: зафиксировать поднявшуюся температуру, появление дыма или вспышку яркого света. Существуют и другие алгоритмы работы, но эти факторы используются чаще всего. Основываясь на этом параметре, пожарные датчики делятся на четыре типа:



Такие приборы могут лишь собирать данные и передавать их в контрольную систему. Их анализом и реагированием на ситуацию занимаются другие типы устройств.

Сигнализация Дачник как подключить самому"



Дымовые датчики

Так как при возникновении пожара дым поднимается в верхнюю часть помещения, устройства для обнаружения задымления обычно размещаются на потолке.

Внутренняя часть прибора состоит из оптической системы, электронной платы и разъёмного корпуса. Эти три элемента создаются на фабриках по отдельности, в автоматическом режиме, а затем вручную собираются.

Чтобы обнаружить появление дыма, используется оптическая система, состоящая из фотоэлемента и светодиода. Из светодиода всё время исходит свет, направленный в определённую точку. Фотоэлемент находится немного в стороне от луча света, испускаемого светодиодом, и преобразует падающий на него световой поток в электрический сигнал.

Принцип работы датчика прост. Когда воздух, попадающий в прибор, чист и в нём нет дыма, луч света попадает строго туда, куда он и был направлен. Однако с возникновением дыма лучи рассеиваются и начинают распространяться в разные стороны, в том числе попадая и на фотоэлемент. В этот момент он срабатывает, и этот сигнал считывается электронной схемой, которая передаёт информацию на командный пункт пожарной сигнализации.




Из-за конструкции прибора он может сработать, даже когда возгорания не было, а вместо дыма в него попали газы или водяной пар. В этом случае световой поток тоже будет искажён, и на главный компьютер поступит сигнал о пожаре. Поэтому, устанавливая датчики, нужно учитывать условия окружающей среды. Неподходящее место для них - ванная, душевая или кухня. Кроме того, если на участке постоянно курят, это тоже может вызвать ложную тревогу.

Так как не все типы пожара сопровождаются мгновенным и сильным задымлением, а на изменения света и тепла извещатель не реагирует, его монтируют в тех помещениях, где, скорее всего, загорятся ткани или будет повреждена изоляция электрических проводов. В число таких предприятий входят электрические лаборатории и подстанции, комнаты с большим количеством работающего электрооборудования на предприятиях и склады, где хранятся различные товары.

Тепловые приборы

Они устанавливаются на потолке, куда поднимается тепло при возгорании, и бывают двух видов:

• фиксирующие достижение предельного значения нагрева;
• анализирующие скорость возрастания температуры.

Изначально были изобретены устройства первого типа, реагирующие на температуру выше заданной отметки. Модели срабатывали при разрыве электрической цепи, происходящего из-за вытекания легкоплавкого материала из предохранителя. После этого передавалось сообщение о пожаре. Такие извещатели были одноразовыми, так как первый же аварийный случай портил их навсегда. Сейчас выпускаются более продвинутые виды, в которых плавкие элементы могут быть заменены после их использования. Возможны и другие принципы работы подобных устройств.

Второй тип - это интегральные извещатели. Они измеряют скорость, с которой меняется электрическое сопротивление металла, когда он нагревается. Источник питания подаёт постоянное напряжение на клеммы элемента контроля тепла. После этого через резистор и измерительное устройство протекает ток, величина которого зависима от подаваемого сопротивления. В обычных условиях его значение практически не меняется.




Но после начала пожара сопротивление датчика возрастает, с ним изменяется и сила тока. Когда её колебания превышают критическую величину, обычно установленную на пять градусов в секунду, в приёмный модуль подаётся сигнал о начале пожара. Лучше всего такие датчики обнаруживают возгорания углеродного топлива, нефтепродуктов, твёрдых пожароопасных материалов. Их устанавливают в различных промышленных зданиях, например, складах легковоспламеняющихся материалов или местах хранения горючих жидкостей.

Обнаружители пламени

Эти приборы способны среагировать на возникновение открытого огня, не сопровождённого задымлением. Они оснащены специальным фотоэлементом, реагирующим на определённый участок или целый диапазон спектра волн.

Такие устройства тоже не защищены от ложных срабатываний. Самые простые модели могут принять за пожар свет люминесцентных ламп, сварочной дуги и даже яркие лучи солнца. Кроме того, в их работе возможны электромагнитные помехи оптического спектра. Чтобы противостоять всему этому, можно использовать специальные фильтры. Датчики пламени очень редко применяются в жилых домах по причине их высокой стоимости. Их основная сфера применения - предприятия газовой и нефтяной промышленности.

Комбинированные вариации

Любые виды датчиков способны дать ложную тревогу, уловив сигнал, не свидетельствующий о начале возгорания. Поэтому наиболее надёжными считаются те, которые сочетают в себе сразу несколько уловителей различных данных. Чаще всего сочетаются датчики дыма и тепла, иногда они дополняются и функцией обнаружения пламени.

В таких устройствах имеются сразу оптический, тепловой и инфракрасный сенсоры. Обычно их можно настроить как на сигнализацию по превышению одного из параметров, так и на комбинированное действие, включающее в себя одновременное появление всех сигналов.

Существует и более продвинутая техника, дополнительно способная уловить появление угарного газа. Такие четырёхканальные извещатели обычно используются на промышленных предприятиях с повышенной степенью опасности.

Действия при пожаре

Пожарная сигнализация устроена таким образом, что после поступления сигнала о начале возгорания начинает реализоваться заранее разработанный план действий. Он состоит из следующих пунктов:



Схема подключения

Чтобы максимально обезопасить людей в случае возгорания, схема подключения пожарной сигнализации должна быть составлена правильно. При помощи неё можно создать охранную систему, которая будет безопасной и эффективной. Как правило, она должна быть приложена к комплекту устройств сигнализации. Ей нужно чётко следовать, соблюдая даже мелкие детали эксплуатации оборудования. Правильная схема отвечает на следующие вопросы :

• даёт информацию о том, как воспроизвести схему;
• содержит состав компонентов системы и данные об особенностях их функционирования.

Используя её, можно не только корректно установить все элементы, но и успешно доработать или починить сигнализацию в случае необходимости. Правильно составленная схема сигнализации позволит сохранить здоровье людей и избежать материальных потерь.

На промышленных объектах в основном используются для сигнализации о пожаре тепловые датчики (они наиболее дешевы). Особенность их устройства такова, что они подают сигнал тревоги, когда охраняемое помещение уже сгорело.

Наиболее надежны, по мнению пожарных, считаются датчики, срабатывающие на дым, однако они далеко не всем по карману.

Рис 1. Принципиальная схема пожарного датчика дыма

Один из вариантов выполнения датчика дыма приведен на рис. 1. Cхема состоит из генератора (на элементах микросхемы DD1.1, DD1.2, С1, R1, R2), формирователя коротких импульсов (на DD1.3 и С2, R3), усилителя (VT1) и излучателя (HL1) ИК-импульсов, а также компаратора (DD2) и ключа на транзисторе (VT2). При приеме ИК-импульсов фотодиодом HL2 срабатывает компаратор и своим выходом разряжает конденсатор С4. Как только прохождение импульсов нарушится, конденсатор зарядится через резистор R9 в течение 1 секунды до напряжения питания, и начнет работать элемент D1.4. Он пропускает импульсы генератора на коммутатор тока VT2. Применение светодиода HL3 не является необходимым, но при его наличии удобно контролировать момент срабатывания датчика.

Рис 2. Конструкция датчика дыма

Конструкция датчика (рис. 2) имеет рабочую зону, при попадании в которую дыма ослабляется прохождение ИК-импульсов, а если не смогли пройти несколько импульсов подряд — срабатывает датчик (что обеспечивает помехоустойчивость схемы). При этом в соединительной линии появляются импульсы тока, которые и выделяет схема контроля, приведенная на рис. 3.

Рис 3. Схема контроля

Датчиков дыма к одному охранному шлейфу можно подключать (параллельно) много. При настройке схемы контроля резистором R14 устанавливаем транзисторы так, чтобы VT3 и VT4 находились в запертом состоянии (светодиод HL4 не светится).

Один датчик дыма в режиме ОХРАНА потребляет ток не более 3 мА и проверен при работе в диапазоне температур от -40 до +50 °С.

Выход схемы контроля (коллектор VT4) может подключаться к системе охраны непосредственно вместо датчика.

При использовании нескольких датчиков, одновременно установленных в разных местах, схему можно дополнить индикатором номера сработавшего датчика дыма. Для этого нужно, чтобы частоты генераторов (зависит от С1 и R2) отличались друг от друга, а воспользовавшись цифровым индикатором частоты, например предложенным М. Назаровым ("Радио", N 3, 1984, стр. 29—30), легко будет определить место возгорания. При этом отпадает необходимость вести охранные шлейфы отдельно до каждого датчика, что значительно упростит разводку проводов и снизит их расход.

Транзисторы VT1 и VT2 могут быть заменены на КТ814. ИК-диоды подойдут многих других типов, но при этом может потребоваться подбор номинала резистора R6.

Конденсаторы использованы С1, С2, С4, С5 типа К10-17а, СЗ — К53- 18-16В, С6 - К50-6-16В. Резистор R14 типа СП5-2, остальные типа С2-23.

Датчик дыма целесообразно устанавливать в помещениях, где хранятся легко воспламеняющиеся предметы, а размещать в местах, где проходит поток воздуха, например вблизи вентиляционного отверстия, - в этом случае возгорание будет обнаружено раньше.

Схема может найти и другие применения, например в качестве безконтактного датчика для охранной сигнализации или устройств автоматики.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ГОУВПО «ВГТУ»)
ФАКУЛЬТЕТ ВЕЧЕРНЕГО ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ
Кафедра Конструирования и производства радиоаппаратуры

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Цифровые интегральные схемы и микропроцессоры

Тема Датчик дыма на микроконтроллере

Расчетно-пояснительная записка

Разработал(а) студент(ка) ______________________________ _______

Руководитель _________________________Турец кий А В
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Члены комиссии ______________________________ ______
Подпись, дата Инициалы, фамилия
______________________________ ______
Подпись, дата Инициалы, фамилия
Нормоконтролер ________________________Турецк ий А В
Подпись, дата Инициалы, фамилия

Защищена ___________________ Оценка _____________________________
дата

2011
Замечания руководителя

Содержание

Введение………………….…………………………………… ………………........4

Введение

Потребность в проектировании контроллеров на основе микропроцессоров и программируемой логики продолжает стремительно увеличиваться. Сегодня происходит автоматизация практически всей окружающей нас среды с помощью дешевых и мощных микроконтроллеров. Микроконтроллер – это самостоятельная компьютерная система, которая содержит процессор, вспомогательные схемы и устройства ввода-вывода данных, размещенные в общем корпусе. Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры окружающей среды, обеспечивают связь между различными устройствами системы и передают данные другим приборам.
Микропроцессоры встраивают в теле-, видео- и аудиоаппаратуру. Микропроцессоры управляют кухонными комбайнами, стиральными машинами, СВЧ печами и многими другими бытовыми приборами. Современные автомобили содержат сотни микроконтроллеров.
В данном курсовом проекте поставлена задача разработки системы противопожарной защиты помещения, в которой микропроцессор будет выполнят координирующую роль: он будет получать сигналы с датчиков и определять поведение противодымной системы в целом в зависимости от данных, пришедших с датчиков. Одним из плюсов данной системы является отличная масштабируемость, которая позволяет применять подобную схему как для небольших офисов, так и для этажа здания или всего здания в целом путем внесения лишь небольших изменений. Внедрение разрабатываемой противодымной защиты позволит существенно повысить пожарную безопасность простым, дешевым и эффективным способом.

1 Постановка задачи и её физическая интерпретация

В данном курсовом проекте требуется разработать принципиальную схему и текст программы управления системы противопожарной защиты помещения.
Наша система должна контролировать возможные источники возникновения пожара, опрашивать датчики дыма. Каждый датчик должен опрашиваться по индивидуальной линии. Точно так же идивидуально должны поступать и команды на включение и отключение системы противопожарной защиты в помещении. Индикацию состояния датчиков и элементов системы мы будем осуществлять посредством светодиодов и LCD.

Таким образом, для контроля каждого помещения нам потребуется 4 линии:
- вход с датчика дыма;
- вход с датчиков температуры;
- включение клапанов дымоудаления;
- включение системы пожаротушения.

Логический ноль на линии будет означать отсутствие задымления или пассивное состояние системы противопожарной защиты, а логическая единица - присутствие дыма и включение системы противопожарной защиты для датчиков дыма и средств противопожарной защиты соответственно.
При наличии задымления в помещении сразу же должны включаться все элементы системы защиты.
Помимо непосредственной обработки данных, процесс мониторинга необходимо наглядно представить пользователю. Для этих целей мы будем использовать светодиоды и LCD. В случае возникновения задымления внимание оператора должна привлечь звуковая сигнализация. Для реализации звуковых эффектов мы будем использовать динамик.
Функции устройства:
1 - Измерение температуры
2 – Управление клапанами дымоудаления
3 - Отображение на дисплее
4 - Оповещение

2 Выбор технических средств и структурная схема МПУ

Выберем микроконтроллер, на базе которого будет строиться микропроцессорная система. При выборе микроконтроллера необходимо учитывать разрядность микроконтроллера.
В качестве возможной базы для разработки системы противодымной защиты рассматривалось два семейства микроконтроллеров: ADuC812 от Analog Devices и 68НС08 от Motorola. Рассмотри каждый из них.
Процессор ADuC812 является клоном Intel 8051 со встроенной периферией. Перечислим основные особенности ADuC812.
- 32 линии ввода/вывода;
- 8-миканальный высокоточный 12-разрядный АЦП со скоростью выборки до 200 Кбит/с;
- контроллер ПДП для высокоскоросного обмена между АЦП и ОЗУ;
- два 12-разрядных ЦАП с выходом по напряжению;
- температурный датчик.
- 8 Кбайт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память
программ;
- 640 байт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память
данных;
- 256 байт внутренней ОЗУ;
-16 Мбайт внешнего адресного пространства под память данных;
- 64 Кбайт внешнего адресного пространства под память программ.
- частота 12 МГц (до 16 МГц);
- три 16-разрятных таймера/ счетчика;
- девять источников прерываний, два уровня приоритетов.
- спецификация для работы с уровнем питания в ЗВ и 5В;
- нормальный, спящий, и выключенный режимы.
- 32 программируемые линии ввода/ вывода, последовательный UART
- сторожевой таймер;
- управление электропитанием.
ADuC812BS, выполненный в корпусе PQFP52, показан на рисунке 3.1 (с указанием габаритных размеров).

Рисунок 3.1 - выполненный в корпусе PQFP52 ADuC812BS

Семейство 8-разрядных микроконтроллеров 68НС08/908 является дальнейшим развитием семейства 68НС05/705. Отметим основные преимущества семейства 68НС08/908 по сравнению с микроконтроллерами 68НС05/705.
1) Процессор CPU08 работает на более высокой тактовой частоте 8 МГц, реализует ряд дополнительных способов адресации и имеет расширенный набор выполняемых команд. В результате достигается повышение производительности до 6 раз по сравнению с микроконтроллерами 68НС05.
2) Применение FLASH-памяти обеспечивает возможность программирования микроконтроллеров подсемейства 68НС908 непосредственно в составе реализуемой системы с помощью персонального компьютера.
3) Модульная структура микроконтроллеров и наличие большой библиотеки интерфейсных и периферийных модулей с улучшенными характе-
ристиками позволяет достаточно просто реализовать различные модели с расширенными функциональными возможностями.
4) Существенно расширены возможности отладки программ благодаря введению специального монитора отладки и реализации останова в контрольной точке. Таким образом, обеспечивается возможность эффективной отладки без применения дорогостоящих схемных эмуляторов.
5) Реализованы дополнительные возможности контроля функционирования микроконтроллеров, повышающие надежность работы систем, в которых они применяются.
Все микроконтроллеры семейства 68НС08/908 содержат процессорное ядро CPU08, внутреннюю память программ - масочно-программируемое ПЗУ емкостью до 32 Кбайт или FLASH-память емкостью до 60 Кбайт, ОЗУ данных емкостью от 128 байт до 2 Кбайт. В ряде моделей имеется также память EEPROM емкостью 512 байт или 1 Кбайт. Большинство микроконтроллеров семейства работают при напряжении питания 5.0 В, обеспечивая максимальную тактовую частоту F t = 8 МГц. Некоторые модели работают при пониженном напряжении питания 3.0В и даже 2.0В.
Микроконтроллеры семейства 68НС08/908 делятся на ряд серий, буквенные обозначения которых указываются для каждой модели после имени семейства (например, 68HC08AZ32 - серия AZ, модель 32). Серии отличаются, в основном, составом периферийных модулей и областями применения. Все модели содержат 16-разрядные таймеры, имеющие 2, 4 или 6 комбинированных входов захвата/выходов совпадения. Большинство моделей содержит 8- или 10-разрядные АЦП.
В состав серий АВ, AS, AZ входят микроконтроллеры общего назначения, которые обеспечивают расширенные возможности интерфейса с внешними устройствами благодаря наличию шести параллельных и двух последовательных портов (SCI, SPI). Модели серий BD, SR и GP имеют четыре параллельных порта. Ряд серий имеет специализированные последовательные порты, используемые для организации микроконтроллерных сетей. Это серия AS, обеспечивающая передачу данных по мультиплексной шине Л 850, серия JB, имеющая интерфейс с последовательной шиной USB, серия AZ, содержащая контроллер сети CAN, серия BD, реализующая интерфейс 1 2 С. Микроконтроллеры этих серий широко используются в промышленной автоматике, измерительной аппаратуре, системах автомобильной электроники, вычислительной технике.
Специализированные микроконтроллеры серии MR содержат 12-разрядные модули ШИМ с 6 выходными каналами. Они ориентированы на применение в системах управления электроприводом. Микроконтроллеры RK и RF ориентированы на использование в радиотехнике.
Серии JB, JK, JL, КХ выпускаются в дешевых корпусах с малым числом выводов. Микроконтроллеры этих серий имеют от 13 до 23 линий параллельного ввода-вывода данных. Они используются в бытовой аппаратуре и изделиях массового применения, где требование низкой стоимости является одним из первостепенных факторов.
В сериях QT, QY представлены модели, ориентированные на применение в малобюджетных проектах. Эти микроконтроллеры отличаются низкой стоимостью и выпускаются в компактных корпусах с малым числом выводов (8 или 16). Они имеют встроенный осциллятор, обеспечивающий формирование тактовой частоты с точностью 5%. Небольшой объем FLASH-памяти (до 4 Кбайт), наличие АЦП и таймера делают эти модели идеальными для построения несложных контроллеров распределенных систем мониторинга и управления.
Оба семейства микроконтроллеров имеют программаторы, позволяющие использовать, как языки высокого уровня (в частности, язык С), так и ассемблеры. Цены на оба семейства микроконтроллев существенно не отличаются: при средней стоимости около 400 рублей разница состоявляет 50-100 рублей, что практически не влияет на итоговую стоимость внедрения системы противопожарной защиты.
В силу большей доступности на рынке микроконтроллеров ADuC812 и программаторов для них, было решино использовать микроконтроллеры этого семейства, а конкретно - ADuC812BS.
В данном курсовом проекте микроконтроллер является координирующим элементом системы. Следовательно, ему необходимо получать данные с датчиков и отдавать команды на элементы системы противодымной защиты. Так как и те, и другие являются устройствами аналоговыми, а микроконтроллер - устройством цифровым, то необходимо использовать АЦП и ЦАП для преобразования сигналов.
Для АЦП мы будем использовать встроенный в микропроцессорную систему преобразователь Н1562-8 фирмы Hitachi.
Приведём основные характристики АЦП:
- разрядность 12 бит;
- быстродействие 0.4 мкс; -DNL ±0,018%;
-INL ±0,018%;
- напряжение питания U cc +5/-15 В;
- ток питания 1 СС 15/48 мА;
- опорное напряжение Uref +10,24В;
- выходной ток I out 3-7 мА;
- рабочие температуры от-60 до ±85°С;
- корпус 210В.24-1 (24-pin CerDIP).
Для отображения текстовых данных воспользуемся LCD WH16028-NGK-CP фирмы Winstar Display. Это монохромный дисплей с возможностью одновременного отображения до 32 символов (две строки по 16 позиций). Помимо этого в состав схемы входят светодиоды и динамик.

3 Алгоритм работы МПУ и протокол обмена информацией между МПУ и объектом управления.

Непосредственно на входы порта Р1.0-Р1.2 микроконтроллера приходят сигналы с датчиков дыма. Для взаимодействия с периферией в схему включена МАХ3064: сигналы с выходов D0-D10 поступают на LCD. Сигналы для свето диодов поступают с выходов D10-D16. Управляющие сигналы для светодиодов и LCD приходят из портов РО и Р2 микроконтроллера. Через Р1.5-Р1.7 подаются управляющие сигналы системам дымоудаления.
Схема алгоритма программы приведена в приложении Б.

Заключение

В работе было на практике разобрано проектирование реальной микропроцессорной системы с использованием поэтапного метода разработки: анализ существующих микроконтроллеров, выбор элементной базы для системы, выбор производителя, создание структурной схемы, функциональной и как основной результат – принципиальная электрическая схема, на основе которой можно приступать к распайке устройства. Для обеспечения полного функционирования аппаратного продукта разработано специальное программное обеспечение к нему.
.

Список использованных источников

1 Справочник. Микроконтроллеры: архитектура, программирование, интерфейс. Бродин В.Б., Шагурин М.И.М.:ЭКОМ, 1999.
2 Андреев Д.В. Программирование микроконтроллеров MCS-51: Учебное пособие. - Ульяновск: УлГТУ, 2000.
3 М. Предко. Руководство по микроконтроллерам. Том I. Москва: Постмаркет, 2001.
4 Интегральные микросхемы: Справ. / Б. В. Тарабрин, Л. Ф. Лукин, Ю. Н. Смирнов и др.; Под ред. Б. В. Тарабрина. – М.: Радио и связь, 1985.
5 Бурькова Е.В. Микропроцессорные системы. ГОУ ОГУ. 2005.

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(Справочное)

Структурная схема МК ADuC812BS

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(обязательное)

Схема алгоритма программы

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(обязательное)

Схема устройства

ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(обязательное)

Листинг программы
#include "ADuC812.h"
#include "max.h"
#include "kb.h"
#include "lcd.h"
#include "i2c.h"

int etazN,i,j,curEtaz,Prepat;

int VvodEtaz()
{
char etaz;
int tmp;

LCD_Type("Etazh:");
etaz="0";
while(etaz=="0")
{
if(ScanKBOnce(&etaz))
{
etazN=etaz-48;
LCD_Putch(etazN+48);
etaz="0";
while(etaz=="0")
{
if(ScanKBOnce(&etaz))
{
if(etaz=="A"){break;} else
{
tmp=etaz-48;
etazN=(etazN*10)+(etaz-48);
LCD_Putch(tmp+48);
};
};
};
};
};
return etazN;
}

void HodLifta()
{
int j,i;
if(curEtaz {
for (i=curEtaz;i<=etazN;i++)
{
for (j=0; j<=10000; j++)
{
WriteMax(SV,i);
Delay();
}
}
};
if(curEtaz>etazN)
{
for (i=curEtaz;i>=etazN;i--)
{
for (j=0; j<=10000; j++)
{
WriteMax(SV,i);
Delay();
}
}
};
curEtaz=etazN;
}

// 5 sec na zakrytie dverei i proverka prepatstviya:
void ZakrDveri()
{
int j,i;
char Bc;

Bc="0";
for (i=1;i<=5;i++)
{
for (j=0; j<=1000; j++)
{
if(ScanKBOnce(&Bc))
{
if(Bc=="B")
{
Prepat=1;
goto id3;
}; // B - datchik prepatstviya
};
Delay();
};
LCD_GotoXY(15,1);
LCD_Putch(i+48);
}
id3: i=1;
}

void main()
{
char Ac,etaz;
int tmp;

TMOD=0x20;
TCON=0x40;

InitLCD();
LCD_GotoXY(0,1);
LCD_Type("SvetVyk");
LCD_GotoXY(7,1);
LCD_Type("DveriZakr");

CurEtaz=1; // tekushii etaz
Prepat=0; // prepyatsvii net
id: Ac="0";
while(Ac=="0")
{
if(ScanKBOnce(&Ac))
{
if(Ac=="A")
{
etazN=VvodEtaz();
LCD_GotoXY(0,0); // "etaz" propal
LCD_Type(" ");
LCD_GotoXY(0,1);
LCD_Type("SvetVkl");
HodLifta();
id2: LCD_GotoXY(7,1);
LCD_Type("DveriOtkr");
// zdem 20 sec:
for(i=0;i<=10000;i++)
{
if(ScanKBOnce(&Ac)) // nazhatie etaza vnutri
{
if(Ac=="A")
{
etazN=VvodEtaz();
LCD_GotoXY(7,1);
LCD_Type("DveriZakr");

if (Prepat==1)
{
LCD_GotoXY(0,1);
LCD_Type("SvetVkl");
Prepat=0;
goto id2;
};
LCD_GotoXY(0,0);
LCD_Type(" ");
HodLifta();
goto id2;
};
};
Delay();
};
LCD_GotoXY(0,1);
LCD_Type("SvetVyk");
LCD_GotoXY(7,1);
LCD_Type("DveriZakr");
ZakrDveri(); // medlenno zakryvaem dveri
if (Prepat==1)
{
LCD_GotoXY(0,1);
LCD_Type("SvetVkl");
Prepat=0;
goto id2;
};
LCD_GotoXY(0,0);
LCD_Type(" ");
LCD_GotoXY(0,0);
// zdem sled vyzova:
goto id;
}
}
}
while(1);
}
и т.д.................