Микропроцессорная система охранной сигнализации автомобиля (стр. 7 из 12)
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.
Рис.4.5. Цоколевка корпуса и назначение выводов микросхемы HCS500.
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.
Передатчик должен использоваться только в ограниченные моменты времени, поэтому следует коммутировать питание. Во время пауз между передачами передатчик рекомендуется выключать. Так как потребляемый ток передающего радиомодуля равен 18 мА, то питание на него можно подавать непосредственно с порта RC7 PIC-контроллера.
Так как приёмник бортовой подсистемы должен использоваться для постоянного анализа эфира и приёма посылок с носимого пульта управления, то фильтрующую цепь приёмника присоединим непосредственно к + 5В. Детектирование несущей в эфире осуществим с использованием порта RB0. Приём цифровой информации будет осуществляться непосредственно дешифратором динамического кода HCS500, который имеет соответствующий для этого вход.
Для коммутации тока через звуковое оповещательное устройство (сирену), реле блокировки/разблокировки дверей и системы зажигания, габаритные огни будем применять полевые кремниевые транзисторы КП922А [35].
Применение полевых транзисторов в качестве ключей вызвано их явными преимуществами перед биполярными. Во-первых, управляются полевые транзисторы напряжением и для включения ключа требуется маленький ток, что позволяет управлять ими непосредственно портами PIC-контроллера. Во-вторых, сопротивление исток-сток открытого полевого транзистора составляет доли ома и даже при больших протекающих токах падение напряжения на них незначительно, в отличии от биполярных транзисторов, в которых напряжение на p-n переходах падает до 1 В.
Выбранные транзисторы предназначены для применения в ключевых преобразователях напряжения, переключателях и импульсных устройств. Предельный постоянный ток стока составляет 10А, что достаточно для работы с выше перечисленными устройствами. Так как выходной ток портов PIC-контроллера составляет 25 мА, то прямое подключение к портам обеспечит необходимые режимы работы полевых транзисторов VT1-VT5. Малое сопротивление сток–исток в открытом состоянии (0,2 Ом) даже при больших токах нагрузки обеспечит малое падение напряжения на самом транзисторе. Защиту от пробоя транзисторов VT2-VT5 произведем с использованием импульсных диодов VD7 – VD10. В качестве последних (VD7 – VD10) можно применить диоды типа КД412Г [38] со средним прямым током 10 А.
В качестве звукового сигнализатора применим пьезокерамический излучатель СП–1. Обладая весьма малыми габаритами и сравнительно большой громкостью (уровень звукового давления достигает 100дБ) дает лучшие результаты по сравнению с динамическими головками.
Для индикации режимов работы бортовой подсистемы будет использоваться светоизлучающий диод АЛ102Г красного света свечения с силой света не менее 200 мккд [37]. Для ограничения тока через светодиод, последовательно с ним включим резистор R3. При постоянном прямом напряжении на светодиоде 2,8 В, прямом токе 10 мА сопротивление резистора:
R3 = (5–2,8)/0,01= 220 Ом. (4.4)
Рассеиваемая мощность резистора определяется исходя из тока, протекаемого через него формуле:
P3= RI2 = 220х0,012 = 0,022 Вт. (4.5)
В качестве резистора R3 выберем С2-33–0,125–220Ом–±10%.
Перечень элементов бортовой подсистемы сведён в приложении 1. Схема электрическая принципиальная бортовой подсистемы приведена в приложении 3.
4.3 Носимая подсистема
Носимая подсистема базируется на шифраторе динамического кода HCS300 фирмы Microchip. Структурная схема HCS300 приведена на рис.4.7. Цоколевка корпуса и назначение выводов показано на рис.4.8.
Рис.4.7. Структурная схема HCS300.
Данная микросхема осуществляет съем информации с клавиатуры, подключаемой ко входам S0, S1, S2, кодирование динамическим кодом, выдачу информации через асинхронный последовательный порт PWM, световую сигнализацию режима передачи кода светодиодом, подключенным к выходу LED.
Рис.4.8. Цоколевка корпуса и назначение выводов HCS300.
Микросхема питается от источника напряжения 2,0…6,3В. Она автоматически входит в режим SLEEP и автоматически выходит из него при нажатии хоть одной клавиши.
В процессе проектирования в HCS300 заносится следующая информация, которая хранится во встроенной энергонезависимой памяти:
- Ключ шифрования (64 бита);
- Текущее значение счетчика синхронизации (16 бит);
- Серийный номер (28 бит)
- Установка скорости передачи.
Данная информация не может быть потом считана, ее можно только перезаписать.
Передача информации в радиоканал осуществляется с помощью передающего радиомодуля TX-SAW-I.A со встроенной антенной. Фильтрация и развязка питания, подаваемого на радиомодуль, такая же как в бортовой подсистеме автомобиля.
Управление питанием передающего радиомодуля осуществляется с помощью электронного ключа, выполненного на полевом транзисторе. Передатчик необходимо включать только во время передачи кодовой посылки. Напряжение, необходимое для срабатывания ключа будем снимать выхода для подключения светодиода, потому что при нажатии любой кнопки на выходе LED будет логический ноль. Так как электронный ключ должен срабатывать от логического нуля, то в качестве коммутирующего элемента надо брать полевой транзистор с индуцированным каналом р-типа. Для этой цели подходит транзистор КП301Б. На его сток подадим напряжение питания +5В. К истоку подключим передающий радиомодуль. При подаче на затвор транзистора логического нуля с выхода LED сопротивление исток-сток упадет до 6 Ом. Следовательно, при потребляемом передатчиком токе 4 мА падение напряжения на нашем коммутирующем элементе, включённом последовательно в цепи питания, составит не более 0,02 В.
В качестве светодиода HL применим светоизлучающий диод АЛ102Г желтого цвета свечения с силой света не менее 200 мккд [37]. Он включается непосредственно между выводами VDD и LED шифратора HCS300.
Питание всей носимой подсистемы пользователя осуществляется от портативного источника питания с суммарной ЭДС +5 В. Так как в режиме ожидания основной потребитель энергии – шифратор (передающий радиомодуль практически ничего не потребляет потому что сопротивление закрытого транзистора очень велико), а он автоматически переводится в режим пониженного энергопотребления и потребляет ток менее 1 мкА, поэтому механический выключатель питания использоваться не будет.
Отметим, что благодаря миниатюрному исполнению радиодеталей, используемых в носимой подсистеме пользователя, можно при удачной компоновке обеспечить минимизацию габаритов данного изделия.
5. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ
5.1 Разработка схемы алгоритма управляющей программы
Одним из этапов получения текста исходной программы является разработка общей схемы алгоритма (СА) работы микроконтроллера. На языке алгоритмов надо описать метод, выбранный для решения поставленной задачи. Способ решения задачи, выбранный на этапе её инженерной интерпретации, на основе которого формируется СА, определяет не только качество разрабатываемой прикладной программы, но и качественные показатели конечного изделия. В основу разработки СА положена та же самая процедура модульного проектирования, которая традиционно используется разработчиками аппаратурных средств.