Файл: Техническая часть.docx

2.4. Основы программирования микроконтроллеров.
Путь программирования проходит несколько этапов:

1. Перед тем как приступить к написанию кода программы, надо определиться с конечной целью.

2. Составляется алгоритм работы программы.

3. Непосредственное написание кода программы.

4. Компиляция программы, т. е. перевод ее в двоичную или шестнадцатеричную систему 1 и 0. Только так ее сможет понять МК.

5. Откомпилированный код записывают в память контроллера.

6. Прошивают МК с помощью программатора. Они бывают двух типов подключения: через COM или USB порт. Самый простой и дешевый программатор USBASP.

7. Тестирование и отладка МК на реальном устройстве.

Промышленность выпускает следующие виды микроконтроллеров:

- встраиваемые;

- 8-, 16- и 32-разрядные;

- цифровые сигнальные процессоры.

В ходу 8-разрядные модели. Они обладают довольно низкой производительностью, но во многих случаях данный факт является преимуществом, т.к. позволяет экономить энергоресурсы. Цифровые сигнальные процессоры способны обрабатывать в реальном времени большие потоки данных. Однако их стоимость намного выше.

Количество используемых кодов операций может быть неодинаковым. Поэтому применяются системы команд RISC и CISC. Первая считается сокращенной и выполняется за один такт генератора. Это позволяет упростить аппаратную реализацию ЦП, повысить производительность микросхемы. CISC — сложная система, способная значительно увеличить эффективность устройства.

Изучить программирование микроконтроллеров для начинающих невозможно без понимания алгоритмов. На ЦП микросхемы команды подаются в определенном порядке. Причем их структура должна восприниматься процессором однозначно. Поэтому сначала программист составляет последовательность выполнения команд. Заставить ЦП немедленно остановить программу можно при помощи вызова прерывания. Для этого используют внешние сигналы либо встроенные периферийные устройства.

Языки программирования. По своей структуре языки программирования микроконтроллеров мало отличаются от тех, что используются для персональных компьютеров. Среди них выделяют группы низкого и высокого уровня. Современные программисты в основном используют С/С++ и Ассемблер. Между приверженцами этих языков ведутся бесконечные споры о том, какой из них лучше.

Низкоуровневый Ассемблер в последнее время сдает позиции. Он использует прямые инструкции, обращенные непосредственно к чипу. Поэтому от программиста требуется безукоризненное знание системных команд процессора. Написание ПО на Ассемблере занимает значительное время. Главным преимуществом языка является высокая скорость исполнения готовой программы.

На самом деле, можно использовать практически любые языки программирования микроконтроллеров. Но популярнее всех С/С++. Это язык высокого уровня, позволяющий работать с максимальным комфортом. Более того, в разработке архитектуры AVR принимали участие создатели Си. Поэтому микросхемы производства «Атмел» адаптированы именно к этому языку.

С/С++ - это гармоничное сочетание низкоуровневых и высокоуровневых возможностей. Поэтому в код можно внедрить вставки на Ассемблере. Готовый программный продукт легко читается и модифицируется. Скорость разработки достаточно высокая. При этом доскональное изучение архитектуры МК и системы команд ЦП не требуется. Компиляторы Си снабжаются библиотеками внушительного размера, что облегчает работу программиста.

Нужно отметить, что выбор оптимального языка программирования зависит также от аппаратного обеспечения. При малом количестве оперативной памяти использовать высокоуровневый Си нецелесообразно. В данном случае больше подойдет Ассемблер. Он обеспечивает максимальное быстродействие за счет короткого кода программы. Универсальной среды программирования не существует, но в большинстве бесплатных и коммерческих приложений можно использовать как Ассемблер, так и С/С++.

Среда разработки. На сегодня нельзя найти универсальной среды для программирования МК. Это связано с его внутренней структурой и наличием технического обеспечения записи кода в память контроллера.

Вот несколько сред программирования:

FlowCode – универсальная графическая среда. Программируется с помощью построения логических структур блок-схем.
Algorithm Builder. Тоже графическая среда. Но написание кода проходит в 3–5 раз быстрее, чем в FlowCode. В ней совмещены графический редактор, компилятор, симулятор МК, внутрисхемный программатор.
В ней объединены Ассемблер и С/С⁺⁺. Функционал среды позволяет самостоятельно прошивать МК.
Image Craft. Как и предыдущая поддерживает Ассемблер и С/С⁺⁺ языки. В ее составе есть библиотека, позволяющая работать с отдельными устройствами МК.
Популярная среда для любителей. Имеет Си-подобный язык, но отличающийся от других. Он более понятен человеку. Поддерживает библиотеки, в составе которых есть драйвера для подключения некоторых платформ.

3. Безопасность движения

3.1. Общие положения

Работы по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ должны выполнятся согласно инструкции по обеспечению безопасности движения при производстве работ по техническому обслуживанию и ремонту устройств СЦБ (ЦШ-530-11).

Требования этой инструкции обязательны для работников железнодорожного транспорта.

Устройства СЦБ должны содержаться в соответствии с требованиями ПТЭ и инструкции по техническому обслуживанию устройств СЦБ.

Перед допуском к работе работники испытываются в знании соответствующих разделов этой инструкции.

Техническое обслуживание и ремонт устройств СЦБ должны производится при обеспечении безопасности, как правило, без нарушения графика движения поездов.

Работы по техническому обслуживанию, устранению неисправностей, ремонту и замене устройств должны производится с разрешения дежурного по станции с выключением или без выключения устройств.

Работы, которые требуют выключения устройств, оформление записи в ДУ-46 и разрешения ДСП перечислены в приложении №1 инструкции ЦШ-530.

Выключение устройств может производится с сохранением и без сохранения пользования сигналами.

При выключении устройств с сохранением пользования сигналами сохраняется возможность открытия сигналов по маршрутам, в которые входит выключенное устройство. Проверка фактического положения, закрепление и запирание выключенных стрелок и свободность выключенного изолированного участка производится порядком, установленным ТРА станции. После такой проверки первый поезд принимается по запрещающему сигналу, а последующих поездов по разрешающему со скорость не более 40 км в час.

При выключении устройств без сохранения пользования сигналами возможность открытия сигналов и замыкания поездных маршрутов исключается.

Выключение устройств производится: и на срок до 8 часов с разрешения начальника станци; до 5 суток с разрешения начальника отделения дороги, при отсутствии отделения дороги с разрешения главного инженера дороги. Разрешение на выключение устройств с сохранением пользования сигналами передается через дежурного по станции. В разрешении указываются ответственные лица за безопасность движения поездов (начальник станции или лицо, его замещающее), ответственные за производство работ. Разрешением является телеграфное указание, подписанное начальником отделения дороги.

Разрешается одновременно выключать с сохранением пользования сигналами не более двух изолированных участков и не более одной одиночной или 2 спаренных стрелок.

Запрещается выключать с сохранением пользования сигналами: изолированные участки первые за входным, маршрутным, выходным, а также пути приема; стрелки при нарушении механической связи между остряками.

На работы, которые будут производиться в технологическое окно, разрешение руководства отделения дороги не требуется.

Выполнение работ должно быть согласовано не позднее, чем за 3 суток.

Перечень схем выключения устройств должен быть определен для каждой станции и утвержден начальником дистанции.

Выключение устройств без сохранения пользования сигналами производится электромехаником с согласованием со старшим электромехаником (кроме работ, указанных, в приложении № 1 пункты 1,2,3,5,6, которые требуют присутствия старшего электромеханика) и с разрешения сменного инженера дистанции в свободное от движения поездов время. Кроме того, такое выключение должно производиться при производстве путевых работ с закрытием движения.

3.2 Основы надежности полупроводниковых и микропроцессорных устройств.

Одной из особенностей цифровых устройств является относительная простота организации контроля исправности аппаратной части и программного обеспечения. Этому благоприятствует циклический режим работы микропроцессора по заложенной в устройство программе. Отдельные фрагменты этой программы и выполняют самотестирование устройства защиты.

Цифровые устройства защиты обеспечивают более быстрое отключение КЗ, чем электромеханические. Цифровые реле могут осуществлять профилактические защиты электрооборудования от опасных режимов, предотвращая возникновение КЗ.

К основным преимуществам МП–устройств относятся

- большое число выполняемых функций;

- возможность дистанционного управления РЗА;

- простое аппаратное исполнение за счет применения микропроцессоров;

- высокая эксплуатационная надежность;

- возможность быстрого проведения сложных расчетных операций программным путем;

- получение большого объема информации об аварийных режимах;

- обеспечение самодиагностики исправности устройства в процессе
эксплуатации;

- удобство технического обслуживания;
- минимальные массогабаритные показатели.

Полупроводниковые приборы чувствительны к перегрузкам как по I так и по U

Отказы к полупроводниковым приборам бывают постепенно и внезапно для силовых диодов характерны постепенные отказы. Для транзисторов чаще всего внезапные отказы, пробой коротким замыканием и реже всего обрыв, перегорание соединений.

Полупроводниковые приборы чувствительны к перегрузкам, особенно точечные, они выходят из строя за тысячные доли секунд. Причина этих отказов малая тепловая инертность.

Причины перегрузок:

-переходные процессы;

-кратковременное повышения напряжения;

-изменения параметров других приборов.

Надежность полупроводниковых приборов также сильно зависит от температуры.

Кроме того, при повышении температуры растет I_обр он увеличивается в 2 раза на каждые 10˚С, то есть имеет экспоненциальное значение.

Повышенная влажность приводит к коррозии. Попадание влажности на полупроводниковые материал, выводит прибор из строя, особенно сильно влияет на надежность радиации.

4. Охрана труда и техника безопасности

4.1. Общие положения

Железнодорожный путь является опасной зоной из-за угрозы наезда подвижного состава на людей. Находиться на путях могут только работники железнодорожного транспорта во время исполнения служебных обязанностей при строгом соблюдении правил техники безопасности.

Находясь на путях, необходимо проявлять постоянную бдительность, осторожность и осмотрительность. Требуется внимательно следить за движением поездов, локомотивов, маневровых составов, а также за окружающей обстановкой и принимать решительные меры к устранению возникающей угрозы для жизни людей или безопасности движения поездов.

Прежде чем выйти на путь из-за здания или вагонов, необходимо убедится, что по этому пути на опасном расстоянии не двигается подвижной состав. Запрещается садиться на рельсы, концы шпал или балластную призму для отдыха.

Запрещается переходить через пути в районе стрелочных переводов. Прежде чем ступить на путь, необходимо убедиться, что с одной, так и с другой стороны нет на опасном расстоянии приближающегося подвижного состава. Переходить пути следует, только под прямым углом, не наступая ногами на рельсы. Запрещается перебегать пути перед приближающимся поездом, так как для перехода через путь требуется 5-6 секунд, а поезд, следующий со скоростью 90км/ч, за 1 секунду преодолевает 25 м (150м за 6 с). Для обеспечения полной безопасности при переходе через пути на крупных станциях устраивают пешеходные и подземные переходы. Также запрещается ходить между рельсами, по концам шпал, а также на расстоянии ближе 2 м от ближайшего рельса.

Проходить от места сбора на работу и обратно разрешается только в стороне от пути или по обочине земляного полотна на расстоянии не менее 2 м от рельса под наблюдением руководителя работ.

При работах на железнодорожных путях, для обеспечения безопасности 5 ДП.

Движения поездов и труда рабочих место производства работ предварительно ограждают соответствующими сигналами. Всякое препятствие для движения поездов на перегоне, по станционным путям и стрелочным переводам ограждают сигналами остановки и независимо от того, ожидается поезд, маневровый состав или нет.

При работах на путях и стрелочных переводах станции руководитель работ делает соответствующую запись в Журнале осмотра путей, стрелочных переводов, устройств СЦБ, связи и контактной сети о месте и времени производства работ. Работы, требующие ограждения сигналами остановки или уменьшения скорости, могут выполнятся только с согласия дежурного по станции или дежурного поездного диспетчера.

Запрещается, притрагиваться к оборванным проводам контактной сети и находящимся на ней посторонним предметам независимо от того касаются или не касаются они земли или заземленных конструкций.

4.2. Требования охраны труда при использовании и техническом обслуживании стенда

Общие положения

К работе на стенде допускаются лица прошедшие теоретическое обучение, изучившие устройство стенда и прошедшие инструктаж по технике безопасности. Студент обязан выполнять: только ту работу, которую он получил от преподавателя. соблюдать правила безопасности обслуживания электроустановок, не допускать посторонних на рабочее место. При проведении занятий соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения.

Требования безопасности перед началом работы

Обучающим запрещается приносить с собой вещи и предметы, загромождающие рабочие места, способствующие созданию условий, которые могу привести к травматической ситуации. Подготовить к работе рабочее место, убрать посторонние предметы К выполнению лабораторных работ допускать обучающих, которые стали теоретический курс по данной лабораторией работе

Требования безопасности во время работы

Точно выполнять все указания преподавателя при проведении лабораторной работы, без его разрешения не предпринимать и не выполнять самостоятельно каких-либо действий

В не обесточенных схемах работать только изолированным инструментом, в количестве не менее двух человек, в одежде с застегнутыми у кистей рук манжетами рукавов.

Следить за исправностью всех креплений в приборах и приспособлениях, не прикасаться к токоведущим частям схемы. Наличие напряжения в электрической цепи проверять только приборами. Не допускать предельных нагрузок измерительных приборов. Не оставлять без надзора включенные в сеть электрические устройства и приборы.

Использовать только исправные, выданные преподавателем инструменты, приборы, проводники, схемы и другое оборудование. Без разрешения преподавателя обучающимся запрещается: производить все переключения и исправления в собранной схеме, включать питание в схему, производить какие-либо работы на питающем стативе, производить замену приборов.

Обучающимся запрещается: прикасаться к оголенным токоведущим частям электрических цепей, находящихся под напряжением.

В процессе работы, обучающиеся должны помнить, что ток силой в 0.1А смертелен для человека и любая величина напряжения опасна для жизни, соблюдать порядок проведения лабораторных работ, правила личной гигиены, содержать в чистоте рабочее место

Требования безопасности при возникновении опасной и аварийной ситуации

При проведении лабораторных работ знать и соблюдать правила пожарной безопасности, знать места расположения первичных средств пожаротушения, знать места расположения первичных средств пожаротушения. О каждом несчастном случае пострадавший или очевидец несчастного случая обязан немедленно сообщить руководителю работ

Требования безопасности после окончания работ
После окончания выполнения лабораторной работы, навести порядок на рабочих местах, сдать преподавателю приборы, инструменты и материалы.

Отключить напряжение и выключить стенд. Сообщить преподавателю обо всех замеченных неисправностях.