Рис.3.8. План автостоянки.
При этом плотность автомобилей, приходящихся на 1 м2 n=14800/360000=0,041шт/м2 . Так как радиус действия передатчика кодового брелка равен 50 метров, то в окружности этого радиуса окажется p´502´0,041=322 автомобиля. Интенсивность пользования кодовым брелком на автостоянке для одного владельца автомобиля λ1 за сутки составляет в среднем около 10 раз. Интенсивность появления кодовых посылок на автостоянке в радиусе 50 м – за сутки составляет λΣ=322´10=3220 раз. Так как появление кодовых посылок случайно, то для вычисления вероятностных характеристик можно воспользоваться формулой Пуассона:
(3.4)
В нашем случае можно посчитать вероятность не появления ни одной посылки за время передачи Δt:
, (3.5)
где z – среднее число излучений на интервале передачи кодовой посылки:
(3.6)
Подставим это значение в формулу (3.5) и получим значение вероятности равное 0,99598.
На рис.3.9. приведены графики зависимости ν0 от числа автомобилей в радиусе действия кодового брелка при фиксированных значениях λ1, равных 5, 10, 50 и 100 соответственно. На рис.3.10. приведены графики зависимости ν0 от средней интенсивности пользования кодовым брелком λ1, при фиксированных значениях числа автомобилей в радиусе действия кодового брелка, равных соответственно 10, 100, 200, 322, 400.
Рис.3.9.Графики зависимостей ν0 от N.
Рис.3.10. Графики зависимостей ν0 от λ1.
4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
4.1 Выбор микроконтроллера
В проектируемой системе разработке подлежит две подсистемы. Для повышения технико-экономических показателей (стоимости, надёжности, потребляемой мощности, габаритных размеров) и придания изделию таких потребительских качеств как расширенные функциональные возможности, модифицируемость, адаптивность бортовая подсистема строится на базе микроконтроллера.
В настоящее время существует множество фирм, выпускающих широкий ассортимент микроконтроллеров, такие как Motorola, Microchip, SGS–Thompson, National, ALCATEC. Они различаются электрическими характеристиками и насыщенностью периферийными устройствами. Хорошо зарекомендовала себя в плане быстродействия, экономичности, простоты схемы разрабатываемого устройства из-за обширного набора периферийного оборудования продукция фирмы Microchip.
В таблице 4.1 приведены параметры PIC-контроллеров фирмы Microchip. В управляющем микроконтроллере должны присутствовать асинхронный передатчик (для вывода информации в передающий радиомодуль), порт с интерфейсом I2C, как минимум два внешних входа прерываний (для детектора несущей и датчика ударов) и достаточное количество портов ввода/вывода. Особые требования предъявляются к потребляемой мощности и стабильности работы. Данными свойствами обладает PIC- контроллер PIC16C73A.
Данный микроконтроллер построен по RISC архитектуре. Набор его команд содержит всего 35 простых команд, которые выполняются за один машинный цикл, кроме команд пересылки. Этот микроконтроллер выгодно отличается низкой ценой и высокой производительностью. Важным достоинством является малое энергопотребление (2 мА на частоте 4 МГц и 5 В питании и менее 1 мкА в режиме SLEEP) и широкие диапазоны напряжения питания (2,5-6В) и тактовой частоты (до 20 МГц).
Структурная схема PIC16С73А изображена на рис. 4.1. В состав выбранного PIC-контроллера входят следующие элементы: 4К´14 память программ с защитой кода от считывания, 192´8 память данных, два 8-битных и один 16-битный таймера/счетчика с предделителями, сторожевой таймер, два 8-битных и один 6-битный многофункциональных порта ввода/вывода с большой
нагрузочной способностью (выходной ток до 25 мА), синхронно/асинхронный последовательный приемопередатчик, последовательный порт с интерфейсом I2C, 11 источников прерываний, 8-уровневый аппаратный стек, встроенный RC-генератор.
Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой КМОП технологии и выпускается в SDIP керамическом корпусе, имеющем 28 внешних выводов. Для работы PIC- контроллера требуется один источник электропитания +2,5…6 В. Выходные логические уровни соответствуют уровням ТТЛ-схем.
Цоколёвка корпуса и назначение выводов показаны на рис.4.2.
Рис 4.2. Цоколевка и назначение выводов PIC16С73А.
В кристалле PIC16С73А имеется встроенный детектор питания. При достижении на входе VDD напряжения 1,5-2,1В запускается таймер включения питания PWRT, который функционирует на внутреннем RC-генераторе. По истечении выдержки около 72 мс считается, что напряжение достигло номинала и запускается другой таймер-выдержка на стабилизацию частоты кварцевого генератора. Таймер на стабилизацию генератора отсчитывает 1024 импульса от начавшего работу генератора. Считается, что кварцевый генератор за это время вышел на режим. При использовании RC генераторов - выдержка на стабилизацию не производится.
Опорную частоту синхронизации определяет кварцевый резонатор РГ–05 с типом корпуса М, добротностью 2000х103, статической ёмкостью менее 9пФ, допустимым отклонением рабочей частоты ±10х10–6. Кварцевый резонатор имеет гибкий тип выводов, предназначенный для соединений пайкой, миниатюрный плоский корпус, хорошо компонуется в современной аппаратуре. Он подключается к выводам OSC1 и OSC2 (рис.4.3). По рекомендации изготовителей микроконтроллера конденсаторы: КД–1 ёмкостью 15 пФ каждый.
Рис.4.3. Схема синхронизации PIC16С73А.
Далее разработаем принципиальные схемы (см. чертёж схемы электрической принципиальной) для конкретных блоков проектируемой системы.
4.2 Бортовая подсистема
Первым шагом при проектировании принципиальной схемы является распределение аппаратных ресурсов микроконтроллера. Необходимо определится с подключением периферийных устройств к микроконтроллеру. Бортовая подсистема в режиме охраны должна постоянно анализировать состояние датчиков. В проектируемой системе предусматривается три датчика (датчик открывания дверей, ультразвуковой датчик движения и датчик ударов), поэтому подключим их к портам, которые вызывают прерывание при изменении логического состояния на их входе, а именно к портам RB5, RB6, RB7 соответственно.
Датчики открывания дверей подключим непосредственно к порту RB5 через резистор R1 сопротивлением 10 кОм, который защитит порт от сгорания при случайном попадании на него напряжения 12В. Высокий потенциал наведем источником +5В через резистор R2 сопротивлением 3 кОм. При срабатывании датчиков открывания дверей на порт будет подаваться логический ноль.
Если дверные выключатели соединены с лампой плафона, их следует отделить от входа диодами VD1-VD6. Диоды необходимы для того, чтобы напряжение питания через лампу плафона не проходило на вход порта — это недопустимо. Для этих целей выберем импульсные диоды КД 522Б [38]. Импульсный прямой ток диода составляет 1,5А, средний прямой ток —100 мА, постоянное прямое напряжение — 1,1В.
Рассеиваемая мощность резистора R1 определяется исходя из падения напряжения на нем по формуле:
Р1 = U2/R = (12-5) 2/10000 = 0,0007 Вт (4.1)
В качестве резистора R1 выберем С2-33–0,125–10кОм–±10%.
Рассеиваемая мощность резистора R2 определяется исходя из протекающего по нему току по формуле:
P2 = U2/R = 52/3000 = 0,008 Вт (4.2)
В качестве резистора R2 выберем С2-33–0,125–3кОм–±10%.
Ультразвуковой датчик движения и датчик ударов можно подключать к PIC-контроллеру непосредственно, так как они имеют соответствующие логические уровни.
Для работы микроконтроллера и других устройств требуется источник электропитания +5В. Питание бортовой системы будем производить непосредственно от бортовой сети автомобиля + 12 В через спрятанный в салоне автомобиля потайной тумблер–переключатель ПКН41–1–2 и предохранитель плавкий 10А. Напряжение бортовой сети автомобиля понизим с помощью интегрального стабилизатора КР142ЕН5.
Так как в разрабатываемой системе будет использоваться технология кодирования с динамическим кодом, то в состав бортовой подсистемы будет входить дешифратор динамического кода HCS500 фирмы Microchip. Структурная схема HCS500 показана на рис.4.4. Цоколевка корпуса и назначение выводов показаны на рис.4.5.
Рис.4.4. Структурная схема HCS500.
Данная микросхема осуществляет прием кодовой посылки непосредственно с цифрового приемного радиомодуля, декодирует ее, осуществляет проверку подлинности и выдает управляющую информацию на микроконтроллер по последовательному порту с интерфейсом I2C.
HCS500 имеет следующие электрические характеристики: напряжение питания - 3,0…5,5В, максимальный выходной ток – 25 мА.
Для работы дешифратора требуется микросхема внешней энергонезависимой памяти 24LC02, объемом 2К и с последовательным интерфейсом I2C.
Схема подключения памяти к HCS500 показана на рис.4.6.
Рис.4.6. Схема подключение внешней памяти к дешифратору динамического кода.
К микроконтроллеру дешифратор подключается через порты SCK и SDA имеющие встроенный интерфейс I2C. Вход RFIN дешифратора напрямую подключается к выходу RX приемного радиомодуля.
В настоящее время для разработке аппаратуры передачи цифровой информации предлагается несколько разновидностей радиомодулей. Они различаются по функциональному назначению (приемники, передатчики, приемопередатчики), по типу модуляции (АМ, ЧМ), по скорости передачи цифровых данных (от 1000 до 20000 бит/с), по радиусу действия (от 30 до 800 м). Для передачи цифровой информации на внешние подсистемы применим радиомодуль CDP–TX–01 с ЧМ модуляцией и радиусом действия 800 м. Так как для связи между кодовым брелком и бортовой подсистемой будет применятся радиоканал с АМ модуляцией и не требуется большого радиуса действия и скорости передачи, то в качестве приемного радиомодуля применим радиомодуль BC-BNK. Основные характеристики данных радиомодулей были приведены в обзоре аналогичных технических решений (табл. 1.1).
Для фильтрации напряжения питания и развязки напряжение +5 В предварительно пропустим через LC– цепочку. В качестве индуктивности L1 применим дроссель ДМП– 01–150мкГн, а конденсатор С3 — К73–16 ёмкостью 47нФ. Аналогичную фильтрующую цепь применим и при подаче питания на приёмник. Радиомодули работают на одну свои антенны WA1 и WA2.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
