Разработка устройства автоматического регулирования света на микроконтроллере (стр. 1 из 18)
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к дипломному проекту: 123 страницы, 11 рисунков, 18 таблиц, 25 источников, 6 приложений, 3 листа чертежей формата А1.
Объект исследований: Разработка устройства автоматического регулирования света.
В первом разделе рассматриваются теоретические основы разработки устройства, основные этапы разработки, разработка и отладка аппаратных и программных средств.
Во втором разделе производится практическая разработка проектируемого устройства: разрабатываются структурная и функциональные схемы, алгоритм управления и программное обеспечение микроконтроллера; производится расчет и выбор элементной базы; построение электрической схемы.
Третий раздел содержит экономические расчеты стоимости проектируемого устройства, используя аппаратные средства Microsoft Ofice Excel 97-2003, производится сравнительная характеристика с аналогичными устройствами по экономическим и техническим параметрам.
В четвертом разделе рассматриваются вопросы по охране труда для работающих на компьютере (ВЦ), производится расчет исскуственной и естественной освещенности рабочего места, вентиляции и кондиционирования воздуха, уровня шума для помещения, где находятся персонал, обслуживающий компьютеры.
АЛГОРИТМ, ИСТОЧНИК ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ, ПРОГРАММА, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, СХЕМА/
СОДЕРЖАНИЕ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ,СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
ВВЕДЕНИЕ
РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
1.1 Основные этапы разработки
1.2 Разработка и отладка аппаратных средств
1.3 Разработка и отладка программного обеспечения
1.4 Методы и средства совместной отладки аппаратных и программных средств
1.5 выбор микроконтроллера
РАЗДЕЛ 2 РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СВЕТА
2.1 Постановка задачи
2.2 Разработка структурной схемы устройства и функциональной спецификации
2.3 Разработка функциональной схемы
2.4 Разработка алгоритма управления
2.5 Разработка программного обеспечения микроконтроллера
2.6 Выбор, описание и расчеты элементной базы
2.7 Разработка схемы электрической принципиальной
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЪЕКТА
РАЗРАБОТКИ
3.1 Расчет расходов ПО для микроконтроллера, которое разрабатывается
3.2 Расчет стоимости разработки конструкторской документации и сборки устройства
3.3 Расчет расходов на стадии производства изделия
3.4 Анализ аналогичных устройств
РАЗДЕЛ 4 ОХРАНА ТРУДА
4.1 Требования к производственным помещениям
4.1.1 Окраска и коэффициенты отражения
4.1.2 Освещение
4.1.3 Параметры микроклимата
4.1.4 Шум и вибрация
4.1.5 Электромагнитное и ионизирующее излучения
4.2 Эргономические требования к рабочему месту
4.3 Режим труда
4.4 Расчет освещенности
4.5 Расчет вентиляции
4.6 Расчет уровня шума
ВЫВОДЫ
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
АЦП – аналого-цифровой преобразователь;
ВДТ - видеодисплейный терминал;
ЖКИ- дисплей – жидкокристаллический дисплей;
ИОН – источник опорного напряжения;
ИПХ - имитация присутствия хозяев;
КЗ – короткое замыкание;
МПС – микропроцессорная система;
ОЗУ - оперативно-запоминающее устройство;
ОМК – однокристальные микроконтроллеры;
ПЗУ – программно-запоминающее устройство;
ПО – программное обеспечение.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в системах управления и обработки данных все чаще применяются микроконтроллеры, решающие широкий спектр задач. Однокристальные микроконтроллеры (ОМК) являются наиболее массовым видом устройств современной микропроцессорной техники, годовой объем выпуска которых составляет более 2,5 млрд. штук. Интегрируя на одном кристалле высокопроизводительный процессор, память и набор периферийных схем, ОМК позволяют с минимальными затратами реализовать высокоэффективные системы и устройства управления различными объектами (процессами). В отличие от обычных микропроцессоров, для работы которых необходимы внешние интерфейсные схемы, в корпусе ОМК наряду с основными функциональными узлами размещены такие вспомогательные узлы, как тактовый генератор, таймер, контроллер прерываний, цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, порты ввода-вывода.
Благодаря этим качествам ОМК находят широкое применение в системах промышленной автоматики, контрольно-измерительных приборах и системах, аппаратуре связи, автомобильной электронике, медицинском оборудовании, бытовой технике и многих других областях.
Применение однокристальных микроконтроллеров позволяет перенести основные затраты, связанные с разработкой встраиваемых систем управления, из аппаратной в программную область. Это неминуемо влечет за собой увеличение сложности программного обеспечения (ПО) микроконтроллеров.
Особенностью разработки ПО для ОМК является использование языка низкого уровня - языка ассемблера. Это связано с тем, что при реализации встраиваемых систем критичными являются время реакции на внешние воздействия, время выполнения заданных процедур обработки данных, размер программного кода и области данных.
Мировая промышленность выпускает огромную номенклатуру микроконтроллеров. По области применения их можно разделить на два класса : специализированные, предназначенные для применения в какой-либо одной конкретной области (контроллер для телевизора, контроллер для модема, контроллер для компьютерной мышки ) и универсальные, которые не имеют конкретной специализации и могут применяться в самых различных областях микроэлектроники, с помощью которых можно создать как любое из перечисленных выше устройств, так и принципиально новое устройство.
Тема дипломной работы – «Разработка устройства автоматического регулирования света на микроконтроллере».
Основная цель дипломного проекта – на основании задания на проектирование разработать устройство автоматического регулирования света на микроконтроллере с учётом следующих требований:
- простота схемы (минимальное количество компонентов);
- функциональная насыщенность, многообразие регулируемых параметров;
- устойчивость к броскам сетевого напряжения, долговечность;
- отсутствие либо минимальный нагрев компонентов (пожаробезопасность);
- низкое энергопотребление.
Актуальностью данной работы является проектирование устройства автоматического регулирования света, которое отличается своей новизной и учитывает почти все недостатки ранее разработанных аналогичных устройств.
РАЗДЕЛ 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ
1 Разработка микропроцессорной системы на основе микроконтроллера
1.1 Основные этапы разработки
МПС на основе МК используются чаще всего в качестве встроенных систем для решения задач управления некоторым объектом. Важной особенностью данного применения является работа в реальном времени, т.е. обеспечение реакции на внешние события в течение определенного временного интервала. Такие устройства получили название контроллеров.
Перед разработчиком МПС стоит задача реализации полного цикла проектирования, начиная от разработки алгоритма функционирования и заканчивая комплексными испытаниями в составе изделия, а, возможно, и сопровождением при производстве. Сложившаяся к настоящему времени методология проектирования контроллеров может быть представлена так, как показано на рис. 1.1.
В техническом задании формулируются требования к контроллеру с точки зрения реализации определенной функции управления. Техническое задание включает в себя набор требований, который определяет, что пользователь хочет от контроллера и что разрабатываемый прибор должен делать. Техническое задание может иметь вид текстового описания, не свободного в общем случае от внутренних противоречий.
На основании требований пользователя составляется функциональная спецификация, которая определяет функции, выполняемые контроллером для пользователя после завершения проектирования, уточняя тем самым, насколько устройство соответствует предъявляемым требованиям. Она включает в себя описания форматов данных, как на входе, так и на выходе, а также внешние условия, управляющие действиями контроллера.
Рисунок 1.1- Основные этапы разработки контроллера
Этап разработки алгоритма управления является наиболее ответственным, поскольку ошибки данного этапа обычно обнаруживаются только при испытаниях законченного изделия и приводят к необходимости дорогостоящей переработки всего устройства. Разработка алгоритма обычно сводится к выбору одного из нескольких возможных вариантов алгоритмов, отличающихся соотношением объема программного обеспечения и аппаратных средств.
При этом необходимо исходить из того, что максимальное использование аппаратных средств упрощает разработку и обеспечивает высокое быстродействие контроллера в целом, но сопровождается, как правило, увеличением стоимости и потребляемой мощности. При выборе типа МК учитываются следующие основные характеристики:
- разрядность;
- быстродействие;
- набор команд и способов адресации;
- требования к источнику питания и потребляемая мощность в различных режимах;
- объем ПЗУ программ и ОЗУ данных;
- возможности расширения памяти программ и данных;
- наличие и возможности периферийных устройств, включая средства поддержки работы в реальном времени (таймеры, процессоры событий и т.п.);
- возможность перепрограммирования в составе устройства;
- наличие и надежность средств защиты внутренней информации;
- возможность поставки в различных вариантах конструктивного исполнения;
- стоимость в различных вариантах исполнения;
- наличие полной документации;
- наличие и доступность эффективных средств программирования и отладки МК;