Файл: Разработка аппаратнопрограммного комплекса "Умный будильник" с дополнительным функционалом на базе микроконтроллерного модуля Arduino.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 136
Скачиваний: 5
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Регулировка скважности осуществляется подачей на вход А (вывод 14) одного из двух напряжений: 0 или 9V. Во втором режиме (9V) скважность указанных импульсов увеличивается в 3,5 раза и во столько же раз уменьшается яркость свечения индикатора. Выходы Y1 — Y4 микросхемы К176ИЕ18 выполнены по схеме с открытым стоком и поэтому допускают подключение к ним сеток вакуумных катодолюминесцентных индикаторов без согласующих ключей. В случае применения микросхемы К176ИЕ12 также ключи необходимы, так как выходной ток указанных выводов у нее меньше. 
По схеме с открытым стоком выполнен и выход HS (вывод 7), что позволяет подключать к нему непосредственно излучатель звуковых колебаний с внутренним сопротивлением более 50 Ом. Микросхема К176ИЕ13 (рисунок 2, в) содержит счетчики минут, часов, регистр памяти будильника, устройство программирования и включения звуковой сигнализации, кодопреобразователь для формирования сигналов цифр в двоичном коде для дешифрирования и последующего их использования для управления индикатором. Эта ИС обычно применяется вместе с микросхемами ИЕ12 или ИЕ18. Выводы ИС имеют следующее назначение: вход М (вывод 5) для ввода импульсов с периодом 1 мин с выхода ИС ИЕ12 или ИЕ18; вход Р (вывод 11) для подключения цепи установки показаний часов и будильника вход С1 (вывод 10) для введения импульсов синхронизации с частотой 1024 Гц с выхода ИЕ12 или ИЕ18; вход S (вывод 9) для импульсов установки с частотой 2 Гц; вход К (вывод 6) для гашения индикатора при К = 1 во время коррекции показаний часов; управляющий вход V (вывод 2), требующий в рабочем режиме постоянного уровня напряжения 9 В; выходы Q1 — Q4 служат для вывода го ИС сигналов двоичного кода, отображающих результат счета часов и минут, при установке показаний часов с помощью кнопочных переключателей на этих выходах формируются коды цифр, соответствующих устанавливаемым значениям минут и часов; на выходе С (вывод 12) формируется сигнал разрешения записи двоичного кода во входной регистр дешифратора К176ИД2 или ИД3; на выходе HS (вывод 7) формируется сигнал управления устройством звуковой сигнализации, при совместном применении с К176ИЕ18 этот выход соединяют со входом V ИС ИЕ18 (вывод 9), выход R (вывод 4) является установочным и соединяется в схеме часов с выводами установки нуля других ИС.Микросхемы дешифраторов К176ИД2 и ИД3 (рисунок 2, г) аналогичны: они выполняют функцию преобразования двоично-десятичного кода, поступающего на входы D1— D4 с выходов ИС ИЕ13 Q1 — Q4, в семиэлементный код для управления семисегментными индикаторами. Различие указанных ИС состоит в том, что у ИС ИД3 выходы
выполнены по схеме с открытыми стоками, поэтому они допускают непосредственное подключение сеток индикаторов, тогда как для подключения к индикаторам выходов ИС ИД2 требуются транзисторные ключи.
Для управления режимом работы у ИС Предусмотрены три входа: вход С (вывод 1) для сигнала разрешения записи входного кода в регистр дешифратора (при С= 1), вход S (вывод 6) для сигнала управления уровнем напряжения выходного кода: при S = 0 управляющим является напряжение высокого уровня, при S = 1 — низкого; вход К (вывод 7) для сигнала разрешения индикации (при К = 0) или гашения индикатора (при К=1).
Для управления работой часов использованы кнопки без фиксации SB1 — SB4 и с фиксацией положения SB5, SB6, имеющие следующее назначение. Кнопки SB1 и SB2 служат для установки при нажатии на них минут и часов, кнопка SB3—для подключения индикатора к устройству программирования будильника. При нажатой кнопке индикатор показывает время включения сигнала будильника. При установке этого времени в разрядах часов и минут необходимо нажать кнопки SB2 и SB1 соответственно, удерживая при этом кнопку SB3 в нажатом состоянии. Кнопка SB4 позволяет корректировать показания часов: при кратковременном нажатии по шестому сигналу точного времени в разряде единиц и десятков минут будут установлены нули.
Кнопка SB5 позволяет уменьшить яркость свечения индикатора при переключении в положение «9V», при этом блокируются цепи установки времени и сигнализации; SB6 — отключать сигнальное устройство, при этом мигание точки на индикаторном табло прекращается.Блок питания содержит сетевой трансформатор, создающий напряжение 5V (со средней точкой) для питания накала катода индикатора и напряжение 30V для питания остальных цепей индикатора и микросхем. Напряжение 30V выпрямляется кольцевым устройством на четырех диодах (VD10—VD13), а затем с помощью стабилизатора на стабилитроне VD16 относительно корпуса создается напряжение 9V для питания ИС, а с помощью стабилизатора на стабилитронах VD14, VD15 и транзистора VT2 — напряжение 25V (относительно катода) для питания сеток и анодов индикаторов. Мощность, потребляемая часами, не более 5W. Предусмотрено подключение резервного питания для сохранения времени часов при выключении сети. Для этого может быть использована любая батарея напряжением 9V.
В электронных часах с календарем следует применять микросхему К176ИЕ17, которая позволяет считывать и представлять в двоично-десятичном коде дни недели от 1 до 7, числа от 1 до 28, 30 или 31 в зависимости от месяца, и номер месяцев от 1 до 12. На рисунке приведен фрагмент схемы часов , показывающий способ включения ИС календаря в рассмотренную структуру часов. Входы и выходы ИС ИЕ17 и ИЕ13 по назначению аналогичны, поэтому укажем лишь на особенности управления ИС календаря. Подобно тому, как, для ИС ИЕ13, входными являются минутные импульсы, получаемые ею с выхода ИС ИЕ18, для ИС ИЕ17 это импульсы, снимаемые с выхода Q0 ИС ИЕ13 (вывод 3), которые имеют период повторения, равный суткам. Входные импульсы поступают на вход D0 и
далее проходят ту же обработку, что и минутные импульсы в ИС ИЕ13, т.е. их считают и затем преобразуют получаемый результат в двоично-десятичный код на выходах Q1— Q4 [1].
2 РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА "УМНЫЙ БУДИЛЬНИК"2.1 Разработка архитектуры
На рисунке 4 представлена структурная схема разрабатываемого устройства.
Рис.4 Структурная схема электронного разрабатываемого устройства.
Питание.
Питание, используемое в разрабатываемом устройстве немаловажный показатель. Микроконтроллерная плата Arduino Nano V3 питается от сети, при отсутствии сетевого питания устройство запитывается от часов реального времени DS3231 При подаче сетевого питания начинается зарядка батареи. Батарея емкостью 80 mAh хватает примерно на 1 неделю круглостуточной работы.
Устройство контроля и управления.
Устройство контроля управления представляет собой Arduino Nano V3 (рисунок 5), на порты которого могут подаваться низкого и высокого уровня сигналы, микроконтроллер выполняет действия, строго прописанные кодом программы, после чего с определенных портов микроконтроллера (эти порты называются выходными) сигнал подается на индикацию устройства и передачу данных.
Рис.5 Внешний вид Arduino Nano V3
Устройство ввода информации.
Своё применение энкодер нашёл в разных системах точных перемещений, в промышленности (станкостроительные заводы); в роботостроении, измерительных устройствах, для которых важен точный учёт измерений вращения, поворота, наклона и угла. Также их применяют в таких сферах как: автомобилестроение и компьютерная техника.
Принцип работы энкодера заключается в его передаче сигнала на вращающийся объект. При этом он позволяет увидеть такую информацию как: угол поворота/направление/скорость и позиция.
Энкодер – это поворотный датчик. Самый простой датчик оснащён ручкой, способной совершать поворот, как по стрелке часов, так и против неё. От поворотного угла и направления зависит выдаваемый цифровой сигнал, который информирует либо о том, какое положение приняла ручка, либо её стороне поворота. Обычно у таких энкодеров ручка применяется ещё в виде кнопки [4].
Датчики поворотного угла подразделяют по следующим критериям:
-
принцип выдачи данных: инкрементный и абсолютный; -
принцип работы: оптический, магнитный и механический.
Инкрементальный энкодер принцип работы.Имея более простую конструкцию, преобразователь формирует импульсы, благодаря которым устройство приёма информации определяет нынешнее положение объекта, подсчитывая счётчиком число импульсов. Сразу после приведения этого вида ДУПа в действие, положение интересующего объекта (вала) неизвестно. Для подключения системы отсчёта непосредственно к отсчётному началу такие датчики оснащены нулевой меткой. Через них валу необходимо пройти после соответствующего включения устройства. Из недостатков данного вида датчиков можно выделить то, что определить пропуск импульсов от преобразователя не представляется возможным. Это соответственно является причиной накопления ошибки при выявлении поворотного угла объекта (пока он не пройдёт нуль-метку). Для выявления направления поворота используется пара измерительных каналов — косинусный и синусный. В них одинаковые импульсные последовательности перемещены ровно на 90 градусов относительно обоих каналов. Инкрементный энкодер показан на рисунке рисунке 6.
Рис.6 Инкрементный энкодер
2.2 Выбор элементной базы В этом разделе производится описание органов управления и индикации, используемых при создании АПК "Умный будильник".
Модуль MOSFET IRF520.
Arduino MOSFET модуль IRF520 — предназначен для подключения к нему мощных нагрузок, работающих в цепи постоянного тока и напряжения. В отличие от механических реле, Arduino MOSFET надежный и долговечный модуль, так как у него нет контактов, которые могли бы подгорать, сплавляться между собой, залипать и выходить из строя, а так же MOSFET IRF520 может работать на высокой частоте, что позволяет использовать его в режиме управления ШИМ (рисунок 7).
