МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МИРЭА – Российский технологический университет»

РТУ МИРЭА

Колледж приборостроения и информационных технологий


ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 09.02.01

Компьютерные системы и комплексы

на тему:

«Разработка аппаратно-программного комплекса "Умный будильник" с дополнительным функционалом на базе микроконтроллерного модуля Arduino»


Выполнил студент

группы ЩККО-03-17 (КС-43)

С.И. Мальцев

подпись ФИО студента

Руководитель

А.Г. Болтенков

подпись ФИО руководителя

Нормоконтроль

И.М. Власова

подпись ФИО контролер

Москва 2021

ЗАДАНИЕ

на дипломный проект

студенту 4 курса группы ЩККО-03-17 (КС-43)

по специальности 09.02.01

Компьютерные системы и комплексы

Мальцеву Сергею Игоревичу

ТЕМА ЗАДАНИЯ: «Разработка аппаратно-программного комплекса "Умный будильник" с дополнительным функционалом на базе микроконтроллерного модуля Arduino»
Дипломный проект выполняется студентом колледжа в следующем объеме:
Техническое задание
I Пояснительная записка

Введение

Анализ технического задания
1 Исследование существующих решений

1.1 Исследование работы устройств подобного типа

1.2 Анализ характеристик входных и выходных сигналов
2 Разработка аппаратной части аппаратно-программного комплекса
"Умный будильник"

2.1 Разработка архитектуры

2.2 Выбор элементной базы

2.3 Выбор микроконтроллерного модуля

2.4 Разработка интерфейса
3 Разработка программного обеспечения аппаратно-программного комплекса
"Умный будильник"

3.1 Разработка алгоритма работы программы

3.2 Разработка программного обеспечения
Заключение

---

Список использованных источников
II Графическая часть проекта

Лист 1 Структурная схема

Лист 2 Функциональная схема

Лист 3Электрическая принципиальная схема

Лист 4 Спецификация

Приложения
Дата выдачи 06.04.2021

Срок окончания 04.06.2021
Председатель ПЦК Сетевого администрирования

и инфокоммуникационных систем ____________ А.В. Беседин

Руководитель дипломного проекта ____________ А.Г. Болтенков

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на разработку аппаратно-программного комплекса "Умный будильник" с дополнительным функционалом на базе микроконтроллерного модуля Arduino.

Разработать АПК ( далее устройство ) для удобного и адаптивного пробуждения.

Компонентом управления устройства должен быть модуль поворотного механизма энкодера WAVGAT.

Индикация должна осуществляться на цифровом семисегментном индикаторе дисплея.

Питание электронного устройства, может быть реализовано, при помощи портативного и прямого источника питания.



Пояснительная
записка

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

Будильник — часы, в заданный момент времени подающие звуковой, световой и/или в редких случаях другой сигнал. Русское название «будильник» указывает на основное назначение таких часов — побудку хозяина утром. Также будильник может применяться как «напоминатель» или таймер.

Одним из таких устройств является будильник – устройство для срабатывания сигнала в установленное время, который используются во всех видах будильника и служит для пробуждления владельца. Их цель создать раздрожитель для пробуждения.

Часы можно разделить на четыре вида:

• 
  механические часы;
  
• 
  электронные часы;
  
• 
  квантовые часы;
  
• 
  кварцевые часы.
  

Электронные часы.

Электронные часы — часы, в которых для отсчёта времени используются периодические колебания электронного генератора, преобразованные в дискретные сигналы, повторяющиеся через 1 с, 1 мин, 1 ч и т. д.;

---

сигналы выводятся на цифровое табло, показывающее текущее время, а в некоторых моделях также число, месяц, год, день недели. Основа электронных часов — кварцевый генератор стабилизированных электрических колебаний, с микросхемой, предназначенной для вычисления времени и вывода сигналов на цифровой дисплей. Часы с питанием от сети переменного тока могут не иметь собственного генератора и использовать частоту сети. Электронные часы также используются в транспортных средствах. Такие часы имеют светящийся дисплей, который видно в любое время суток, и часто питаются от аккумуляторной батареи самого средства передвижения.
Механические часы.

Механические часы — часы, использующие маятник, который периодом колебаний измеряет время в течение суток, месяца, года и который приводится в движение гиревым, пружинным или электрическим источником энергии с электромеханическим преобразователем. В качестве меры времени используются инерционные свойства колебательной системы в виде классического и пружинного маятника при регулировании длинного маятника или спиральной пружины в виде балансового регулятора (+/-).

Атомные часы.

Атомные часы (молекулярные, квантовые часы) — прибор для измерения времени, в котором в качестве периодического процесса используются собственные колебания, связанные с процессами, происходящими на уровне атомов или молекул. Атомные часы важны в навигации. Определение положения космических кораблей, спутников, баллистических ракет, самолётов, подводных лодок, а также передвижение автомобилей в автоматическом режиме по спутниковой связи (GPS, ГЛОНАСС, Galileo) невозможны без атомных часов.

Кварцевые часы.

Кварцевые часы — часы, в которых в качестве колебательной системы применяется кристалл кварца. Хотя электронные часы также являются кварцевыми, выражение «кварцевые часы» обычно применяется только к электромеханическим часам (электронным часам со стрелками). Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ±15 секунд/месяц (в специально спроектированных особо точных хронометрах до 0,3 секунды/месяц). Таким образом, выставлять их надо дважды в год. Однако кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают, как правило, спешить.

В дипломном проекте будет разработано АПК "Умный будильник" на базе микроконтроллерного модуля Arduino.

---

АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Основное состояние устройства — подсчет времени и сигнализация по таймеру для пробуждения владельца.

Для того чтобы отключить устройство необходимо прекратить подавать питание и отсоеденить интегрированый источник дополнительного питания.

Для начала работы устройства необходимо запустить микроконтроллер прервав режима ожидания путем подачи ложного сигнала.

Для остановки работы устройства необходимо извлечь источник допольнительного питания или прекратить любое другое питание на плату.

Основной модуль программы должен обеспечивать следующие режимы работы устройства:

• 
  подсчет реального времени работы;
  
• 
  установка времени срабатывания сигнала пробуждения;
  
• 
  включение светодиодной ленты при срабатывании сигнала;
  
• 
  произведение звука по сигналу пробуждения;
  
• 
  отображение реального времени на семисегментный-дисплей.
  

1 ИССЛЕДОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ

1. 
   Исследование работы устройств подобного типа
   

Электронные часы.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема варианта электронных часов на трех ИС серии К176ИЕ18 (D1), К176ИЕ13 (D2) и К176ИДЗ (D3), для задающего генератора использован кварцевый резонатор РК-72 (Z1) на частоту 32 768 Гц. Для отображения времени использован плоский катодолюминесцентный четырехразрядный индикатор ИВЛ1-7/5, предназначенный для работы в режиме динамической индикации.

Микросхема К176ИЕ12 состоит из трех основных узлов: усилителя-формирователя сигналов задающего генератора, 15-разрядного делителя и делителя на 60. Аналогичную структуру с некоторой модификацией внутренних соединений имеет микросхема К176ИЕ18.



Рис.1 Принципиальная схема часов на микросхемах серии К176

Микросхемы ИЕ13 и ИЕ17 объединены по выходу, так что обслуживаются они одним кодопреобразователем и индикатором. Схему «монтажное ИЛИ» можно использовать при объединении ИС, поскольку у них имеются выходы на три состояния. Перевод выходов в третье состояние, т. е. состояние «отключено», осуществляется при подаче напряжения низкого уровня на управляющий вход V (вывод 2). Используя это свойство ИС, можно устанавливать время и календарные даты с помощью одних и тех же кнопок как показано на рисунке 2.

---

Рис.2 Часть схемы часов, реализующая функцию календаря

2. 
   Анализ характеристик входных и выходных сигналов
   

Сопряжение и работа электронных часов.

Микросхемы К176ИЕ12 (рисунок 3, а), К176ИЕ18 (рисунок 3, б) позволяют реализовать задающий генератор, сформировать секундные и минутные сигналы, а также сигналы, необходимые для управления сигнальным устройством и семисегментным катодолюминесцентным индикатором в режиме динамической индикации [3].

Микросхема К176ИЕ12 состоит из трех основных узлов: усилителя-формирователя сигналов задающего генератора, 15-разрядного делителя и делителя на 60. Аналогичную структуру с некоторой модификацией внутренних соединений имеет микросхема К176ИЕ18.

Задающий генератор ЗГ выполнен на микросхеме D1 подключением к выводам 12, 13 RC-цепи с кварцевым резонатором Z1 на частоту 32 768 Гц, как показано на рисунке 3. На выходе F (вывод 14) получаются усиленные по мощности колебания ЗГ. Импульсы ЗГ внутрисхемным соединением подведены ко входу 15-разрядного счетчика, на выходах которого реализуются коэффициенты деления 25, 214, 215.



Рис.3 Микросхемы серии К176

Выходы ИС имеют следующее назначение:

• 
  с выхода 215 (вывод 4) получают секундные импульсы, т. е. импульсы с частотой следования 1 Гц;
  
• 
  с выхода 214 (вывод 6) — импульсы с частотой 2 Гц, используемые для установки показаний часов, основное назначение этого выхода — выделение секундных импульсов при использовании кварцевого резонатора на частоту 16 384 Гц;
  
• 
  с выхода 25 (вывод 11) — импульсы с частотой 1024 Гц для блока звуковой сигнализации;
  
• 
  с выходов Y1 — Y4 (выводы 3, 2, 1, 15) — стробирующие импульсы с частотой повторения 128 Гц для управления сетками катодолюминесцентных индикаторов в режиме динамической индикации.
  

Установка всех разрядов в нулевое состояние производится по входу R1 напряжением высокого уровня.

Делитель на 60 имеет два входа: Т2 (вывод 7) для счетных импульсов и R2 (вывод 9) для сигналов установки делителя в нулевое состояние. На выходе «60» (вывод 10) получаются импульсы с частотой следования в 60 раз меньшей, чем частота входных сигналов. При внешнем соединении выхода 215 и входа Т2 на выходе «60» выделяются импульсы с периодом повторения 1 мин. Микросхема К176ИЕ18 аналогична К176ИЕ12, но имеет ряд отличий, а именно: у нее только один вход R (вывод 5) для установки делителей в нулевое состояние; отсутствует вход Т2, поскольку внутренним соединением секундные импульсы поданы на вход делителя на 60; есть управляющий вход V (вывод 9), с поступлением на который напряжения высокого уровня на выходе HS (вывод 7) появляется последовательность импульсов 2048 Гц, прерываемая с частотой 1 Гц, предназначенная для блока звуковой сигнализации; для управления яркостью свечения индикатора имеется двухуровневая регулировка скважности импульсов на выходах Y1 — Y4 [5].

---

Смотрите также файлы

• Об использования икт и компьютерного оборудования в учебновоспитательном процессе.docx

• Новосибирский государственный технический университет кафедра истории и политологии Кафедра русского языка зачетная работа по дисциплине.docx

• Является ли утверждение знанием, если его принимают много людей, ученых Почему.docx

• Рабочая программа по чтению для детей с овз составлена на основе следующих нормативноправовых документов Закона Российской Федерации 273 Об образовании в Российской Федерации.docx

• Гражданское правоСубъекты гражданских правоотношений. Физические лица как.pdf