Файл: ДП. 09. 02. 01. 23. 11 Пз.doc

Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться неограниченное количество раз (например, при идентификации контейнеров или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается более приемлемым средством идентификации, так как её не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.

Многоцелевое использование. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, помимо функции носителя данных. Штрих-код же не программируем, и является лишь средством хранения данных.

Высокая степень безопасности. Уникальное неизменяемое число-идентификатор, присваиваемое метке при производстве, гарантирует высокую степень защиты меток от подделки. Также данные на метке могут быть зашифрованы. Радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их передачу. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.

2.2 Недостатки радиочастотной идентификации

1. Работоспособность метки утрачивается при частичном механическом повреждении.

2. Стоимость системы выше стоимости системы учёта, основанной на штрих-кодах.

3. Простота самостоятельного изготовления. Штрих-код можно напечатать на любом принтере.

4. Подверженность помехам в виде электромагнитных полей.

5. Недоверие пользователей, возможности использования её для сбора информации о людях.

6. Установленная техническая база для считывания штрих-кодов существенно превосходит по объёму решения на основе RFID.

7. Недостаточная открытость выработанных стандартов.
3 Выполнить выбор микроконтроллера
3.1 Микроконтроллер «ArduinoNano»

Arduino Nano – это небольшая, полнофункциональная отладочная плата, адаптированная для работы с макетными платами, построенная на базе микроконтроллера «ATmega328» (Arduino Nano 3.x) или «Atmega168» (Arduino Nano 2.x). Она отличается только отсутствием разъема питания и работой через mini-USB. Arduino Nano разработана и производится компанией Gravitech.

Arduino Nano может питаться через mini-B USB соединение, от внешнего нестабилизированного источника питания 6–20 В (вывод 30) или от стабилизированного источника напряжения 5В (вывод 27). Источник питания с наибольшим напряжением выбирается автоматически.

ATmega168 обладает 16 килобайтами флэш-памяти для хранения кода программы (из которых 2 килобайта используется загрузчиком); ATmega328 обладает 32 килобайтами (из которых 2 килобайта также используется загрузчиком). ATmega168 имеет 1 килобайт SRAM и 512 байт EEPROM (которая может быть считана и записана с помощью библиотеки EEPROM); ATmega168 имеет 2 килобайта SRAM и 1 килобайт EEPROM.

3.2 Микроконтроллер «ArduinoProMini»

ArduinoProMini построена на микроконтроллере «ATmega168» (техническое описание). Платформа содержит 14 цифровых входов и выходов (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 6 аналоговых входов, резонатор, кнопку перезагрузки и отверстия для монтажа выводов. Блок из шести выводов может подключаться к кабелю «FTDI» или плате-конвертеру «Sparkfun» для обеспечения питания и связи через USB.

ArduinoProMini предназначена для непостоянной установки в объекты или экспонаты. Платформа поставляется без установленных выводов, что позволяет пользователям применять собственные выводы и разъемы. Расположение выводов совместимо с платформой ArduinoMini.

Существует две версии платформы ProMini. Одна версия работает при напряжении 3.3 В и частоте 8 МГц, другая при напряжении 5 В и частоте 16 МГц.

3.3Микроконтроллер «Arduino Leonardo»

Arduino Leonardo – контроллер на базе «ATmega32u4». Платформа имеет 20 цифровых вход/выходов (7 из которых могут использоваться как выходы «ШИМ» и 12 как аналоговые входы), кварцевый генератор 16 МГц, разъем микро-USB, силовой разъем, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB, либо подать питание при помощи адаптера «AC/DC» или батареи.

В отличие от всех предыдущих плат«ATmega32u4» имеет встроенную поддержку для USB соединения, это позволяет задать как Leonardo будет виден при подключение к компьютеру, это может быть клавиатура, мышь, виртуальный серийный COM порт.

3.4 Микроконтроллер «Arduino Uno»

Arduino Uno– основой этой платы является микроконтроллеры «ATmega328» и «ATmega16U2». Это самая свежая и последняя версия контроллера «Arduino UNO». Так же, как и на предыдущих версиях Arduino Uno, на плате установлен контроллер «ATmega328» с тактовой частотой 16 МГц, с объемом памяти 32 кб и 20 портами ввода/вывода, которые взаимодействуют с внешними датчиками и устройствами ввода или вывода информации. Arduino Uno является потомком контроллера «Arduino Diecimila и Duemilanove». Они отличаются только USB-UART мостом. По коммерческому сговору компаний «Atmel» и «Arduino», последняя перешла на установку в свои платы «Arduino», программно зависимые мосты на микроконтроллерах «ATmega16U2», в место чипов компании «FTDI FT232R». Arduino Uno можно питать как от USB, так и от внешнего источника питания, при подборе источника питания так же учитывайте потребление подключенных к «Arduino UNO» дополнительных плат и модулей. Контроллер Arduino Uno способен работать при подключении внешнего напряжения на контакт Vin от 6 до 20 В. При подключении напряжения более 12 В, без дополнительного охлаждения стабилизатора, может привести микросхему стабилизатора к перегреву и повреждению.

В качестве микроконтроллера оптимальным вариантом будет Arduino UNO. Данная плата распространена и доступна для покупки во многих цифровых магазинах, а также ее довольно низкая цена, в сравнении с остальными.

4 Подобрать и описать компоненты для разработки макета системы контроля качества воздуха
4.1 Считыватель RFID-RC522 и RFID-метка

Радиочастотная идентификация (RFID) – это технология бесконтактной идентификации объектов при помощи радиочастотного канала связи. Идентификация объектов производится по уникальному идентификатору, который имеет каждая электронная метка. Считыватель излучает электромагнитные волны определенной частоты. Метки отправляют в ответ информацию – идентификационный номер, данные памяти.

Существует большое разнообразие RFID-меток. Метки бывают активные и пассивные (без встроенного источника энергии, питаются от тока, индуцированного в антенне сигналом от ридера). Метки работают на разной частоте: LF (125 – 134 кГц), HF (13.56 МГц), UHF (860 - 960 МГц). Приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные, называются ридерами (считывателями). В проектах Arduino в качестве считывателя очень часто используют модуль RFID-RC522. Модуль выполнен на микросхеме MFRC522 фирмы NXP, которая обеспечивает работу с метками HF (на частоте 13,56 МГц). В комплекте с модулем RFID-RC522 идут две метки, одна в виде карты, другая в виде брелока.

Брелоки и карты работают на той же частоте, что и считыватели. Внутри них находятся антенна и микросхема Mifare S50, содержащая память, размер которой 1 килобайт, тип EEPROM. Уникальность карточки Mifare обеспечивается присвоением изготовителем номера, который используется в качестве индикатора. Для защиты хранящихся данных в микросхеме карты использовано аппаратное шифрование.
4.2 Электромагнитная защелка и электромеханическое реле

Электромагнитная защёлка или электромеханическая защёлка – ответная часть замка, которая при поступлении команды освобождает косой ригель замка (защёлку), позволяя открыть дверь без поворота ключа. При этом дверная ручка должна быть стационарной, то есть не должна управлять косым ригелем. Когда дверь возвращается в прежнее положение, косой ригель защёлкивается, и замок в дальнейшем удерживается в запертом состоянии.

Электромагнитная защёлка широко используется в системах контроля и управления доступом, так как в отличие от врезного электромеханического замка, не требует прокладки кабеля в двери. Электромагнитная защёлка обычно легко крепится двумя винтами к запорной планке дверной коробки, обеспечивая простой монтаж и обслуживание.

Электромагнитное реле – реле, которое реагирует на величину электрического тока посредством притяжения ферромагнитного якоря или сердечника при прохождении тока через его обмотку.

Воспринимающий орган электромагнитного реле – обмотка и магнитная система с подвижной частью (якорем или сердечником). Исполнительный орган – контакты. Орган сравнения образуется подвижной частью и дополнительными грузами и пружинами (возвратными и контактными). По характеру движения подвижной системы электромагнитные реле разделяются на втяжные и поворотные. Как втяжные, так и поворотные реле могут быть уравновешенными или неуравновешенными по отношению к воздействующим на них ускорениям.
Во втяжных электромагнитных реле имеется подвижный сердечник, который движется в направляющей втулке из немагнитного материала. Конфигурация «стопы» неподвижного сердечника и обращенного к нему конца подвижного сердечника определяют вид тяговой характеристики реле. Если втяжное реле не имеет магнитопровода, то его часто называют соленоидным.

В поворотных электромагнитных реле имеется подвижный якорь. Если угол поворота небольшой (5-10), то поворотное реле часто называют клапанным.

4.3 Элементы индикации

Светодиод – полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра, то есть светодиод изначально излучает практически монохроматический свет (если речь идёт о СД видимого диапазона) – в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, от которой определённый цвет свечения можно получить лишь применением светофильтра. Спектральный диапазон излучения светодиода в основном зависит от типа и химического состава использованных полупроводников и ширины запрещённой зоны.

Звукоизлучатель электромеханический представляет собой реле с парой нормально замкнутых контактов (в исходном положении контакты реле замкнуты). Катушка реле и источник тока включаются в электрическую цепь последовательно.

Принцип работы. При появлении тока в цепи катушка реле возбуждает магнитное поле; под действием магнитного поля контакты реле размыкаются. При размыкании контактов реле цепь разрывается, ток перестаёт течь в цепи, магнитное поле исчезает, и под действием пружины контакты реле возвращаются в исходное положение.

Контакты реле в исходном положении замыкают цепь – в цепи снова начинает течь ток. При появлении тока в цепи контакты реле снова размыкаются. Процесс размыкания-замыкания повторяется до тех пор, пока в цепь подаётся ток. (Аналогично устроена «катушка Румкорфа»). Колебания якоря реле вызывают колебания воздуха – получается звук, напоминающий жужжание.

Звукоизлучатели релейного типа являются сильными источниками радиопомех (поэтому их широко используют для испытания аппаратуры на помехоустойчивость), а также создают высоковольтные импульсы в цепи питания. Недостатком таких звукоизлучателей является низкая надёжность, вызванная износом механической части, ослаблением пружин. В среднем, звукоизлучатель релейного типа имеет наработку на отказ не более 5000 часов.

4.4 SD Card модуль и microSD карта

Большинство микроконтроллеров обладает очень небольшой внутренней памятью для хранения данных. Arduino – не исключение. Например, Mega имеет всего 4 Кб памяти EEPROM, а Uno и того меньше – всего 1 Кб. А есть проекты на Arduino, которым необходимо работать с большими объемами данных, или хранить в памяти картинки или музыку. Памяти Arduino для этого не хватит. Самый доступный и эффективный вариант увеличения памяти данных для проектов Arduino – использование SD-карты.
Secure Digital Memory Card (SD) – формат карт памяти (флеш-память), разработанный SD Association (SDA) для использования в портативных устройствах. На сегодняшний день широко используется в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, мобильных телефонах, карманных персональных компьютеров, коммуникаторах и смартфонах, электронных книгах, GPS-навигаторах и в некоторых игровых приставках.
Существует пять поколений карт памяти данного формата, различающиеся возможным объёмом данных (совместимы сверху вниз):

SD 1.0 – от 8 МБ до 2 ГБ.