Система для визначення складу вихлопних газів автомобілів (стр. 4 из 6)

2.2 Оптимальний варіант структурної схеми

На основі досліджень проведених у попередньому пункті даного курсового проекту зроблено висновок, що наша система буде розроблятися за такою схемою як зображена на рисунку 2.3. Система побудована за такою схемою матиме найкращі технічні характеристики та задовольнятиме технічним вимогам поставленим в завданні (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Структурноа схема системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

Розглянемо детальніше переваги і робота системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів.

V/

– датчик концентрації, який використовується для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів;

МХ – мультиплексор;

– аналого-цифровий перетворювач;

MCU – мікроконтролер;

РС – персональний комп’ютер.

RS485 – прилад який призначений для перетворення інтерфейсу з USART в RS485;

Принцип роботи наведеної схеми полягає в тому що вимірювана велечина вимірюється і перетворюється в аналоговий сигнал за допомогою спеціального датчика вихідний сигнал датчика поступає на мультиплексор.

Далі з мультиплексора інформація потрапляє на АЦП, де перетворюється з аналогового сигналу в цифровий код. Інформацію з АЦП отримує мікроконтролер і за допомогою інтерфейсу обміну даних передається на ПК.

Першою перевагою даної реалізації системи це є її проста конструкція яка дозволяє не затрачувати багато конструкторських зусиль, але недоліком є те що потрібно більш складне програмне забезпечення для мікроконтролера яке складне і вимагає більшої праці і затраченого часу програмістів. Так як дана схема має малу кількість комплектуючих деталей вона є більш завадостійкою ніж будь-яка з розглянутих схем і тому має вищу точність і надійність у роботі. І так само енергоспоживання даної схеми також більш низьке.

Тепер розглянемо роботу системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів. Після того як датчики для визначення концентрації вихлопних газів автомобілів підключені до живлення вони починають вимірювати концентрацію вихлопних газів в середовищі, де вони безпосередньо знаходяться і під дією зовнішніх факторів починають формувати аналоговий сигнал. Після того, як з персонального комп'ютера буде поданий запит про стан того чи іншого датчика, мікроконтролер подає сигнал мультиплексору про підключення того чи іншого вимірювального каналу, далі аналоговий сигнал з будь-якого датчика подається на АЦП, де аналоговий сигнал перетворюється в цифровий код і потім подається на мікроконтролер. Мікроконтролер обробляє ці дані і через блок гальванічної розв'язки передає на перетворювач інтерфейсів інформацію формату інтерфейсу USART, перетворювач міняє формат даних в зручну для порту RS – 485, яким обладнаний комп’ютер, вже підготовлену кодову інформацію комп’ютер в свою чергу розшифровує її і подає в зручній для оператора формі або на пристрої контролю, які можуть керувати процесом і надалі при будь-яких критичних ситуаціях.

3 Розробка електричної принципової схеми системи для визначення складу вихлопних газів автомобілів

3.1 Вибір мікроконтролера

Оберемо мікроконтролер для реалізації даної ІВС. Використаємо 8-розрядний мікроконтролер фірми Atmel серії ATMega48.

ATMega48 - низкьопотребуючі 8-бітні мікроконтролери з AVR RISC архітектурою. Виконуючи команди за один цикл, ATMega48 досягають продуктивності 1 MIPS при частоті генератора, що задає 1 МГц, що дозволяє розробнику досягти продуктивності.

AVR ядро об'єднує велику систему команд і 32 робочих регістра загального призначення. Усі 32 регістра безпосередньо пов'язані з арифметико-логічним пристроєм (АЛУ), що дозволяє отримати доступ до двох незалежних регістрів при виконанні однієї команди. У результаті ця архітектура дозволяє забезпечити в десятки разів більшу продуктивність, ніж стандартна CISC архітектура.

ATMega48 мають наступні характеристики: 4КБ внутрішньосистемної програмованої Flash пам'яті програми, 256 байтну EEPROM пам'ять даних, 512 байтну SRAM, 23 лінії введення - виведення загального застосування , 32 робочих регістра загального призначення, три гнучких таймера / лічильника зі схемою порівняння, внутрішні та зовнішні джерела переривання, послідовний програмований USART, проводний інтерфейс, 6 канальний АЦП (8 - канальний у приладів в TQFP і MFL корпусах) , 4 із (6) каналів яких мають 10 - бітну розрядність, а 2 - 8 - бітну, програмований сторожовий таймер з вбудованим генератором, SPI порт і п'ять програмно ініціалізіруємих режимів зниженого споживання. У режимі Idle зупиняється ядро, а SRAM, таймери / лічильники, SPI порт і система переривань продовжують функціонувати. У Power-down режимі вміст регістрів зберігається, але відключаються всі внутрішні функції мікропроцесора до тих пір, поки не відбудеться

переривання або апаратне скидання. У режимі Power-save асинхронні таймери продовжують функціонувати, дозволяючи відраховувати тимчасові інтервали в той час, коли мікропроцесор знаходиться в режимі сну. У режимі ADC Noise Reduction зупиняється обчислювальне ядро і всі модулі введення-виведення, за винятком асинхронного таймера і самого АЦП, що дозволяє мінімізувати шуми протягом виконання аналого-цифрового перетворення. У Standby режимі задає генератор працює, в той час як інша частина приладу не діє. Це дозволяє швидко зберегти можливість швидкого запуску приладів при одночасному зниженні споживання.

Прилад виготовлений за високощільної енергонезалежній технології виготовлення пам'яті компанії Atmel. Вбудована ISP Flash дозволяє перепрограмувати пам'ять програми в системі через послідовний інтерфейс SPI програмою-завантажувачем, що виконується в AVR ядрі, або звичайним програматором енергонезалежній пам'яті. Програма-завантажувач здатна завантажити дані з будь-якого інтерфейсу, що є у мікроконтролера. Програма в завантажувальному секторі продовжує виконуватися, навіть при заванта-женні області пам'яті прикладної програми, забезпечуючи реальний режим "зчитування при запису". Об'єднавши 8 - бітове RISK ядро і самопрогра-муються усередині системи Flash пам'яттю корпорація Atmel зробила прилади ATMega48/ATMega88/ATMega168 потужними мікроконтролера, що забезпечують більшу гнучкість і цінову ефективність широкому колу керуючих пристроїв.

ATMega48 підтримується різними програмними засобами та інтегрова-ними засобами розробки, такими як компілятори C, макроассемблери, про-грамні відладчики / симулятори, внутрішньосхемного емулятори та ознайомчі набори.

AVR ядро об'єднує потужну систему команд з 32 8-розрядними регістрами загального призначення і конвеєрне звернення до пам'яті програм.

Виконання відносних переходів і команд виклику реалізується з прямою адресацією всього обсягу (4К) адресного простору. Адреси периферійних функцій містяться в просторі пам'яті вводу/виводу. Архітектура ефективно підтримує як мови високого рівня, так і програми на мовах асемблера.

Блок-схема мікроконтролера ATMage48 зображено на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 - Блок-схема мікроконтролера ATMage48

Максимальне споживання приладів в активному режимі складає 3.0 мА і в пасивному режимі 1.2 мА (при VCC =3 В і f = 4 МГЦ). В стоповому режимі, при працюючому сторожовому таймері, мікроконтролер споживає 15 мкА.

Об'єднання на одному кристалі вдосконаленого 8-розрядного RISC ЦПУ з Flash ПЗУ, яка завантажується дозволило фірмі створити потужний мікроконтролер, що забезпечує високу гнучкість і економічність в використанні приладу в якості вбудованого контролера.

Port B (PB5... PB0) 6-розрядний двонаправлений порт I/O із вбудованими навантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втікаючий струм 20 мА. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах. Порт B використовується також при реалізації різноманітних спеціальних функцій.

Port C (PC5... PC0) 6-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудо-ваними навантажувальними резисторами. Вихідні буфери забезпечують втіка-ючий струм 20 мА. При використанні виводів порта в якості входів і уста-новці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах. Входи порта використовуються також як аналогові входи аналого-цифрового перетворювача.

Port D (PD7.. PD0) 8-розрядний двунаправлений порт I/O із вбудованими навантажувальними резисторами. При використанні виводів порта в якості входів і установці зовнішнім сигналом в низький стан, струм буде витікати тільки при підключених вбудованих навантажувальних резисторах.

RESET Вхід скидання. Для виконання скидання необхідно утримувати низький рівень на вході протягом двох машинних циклів.

XTAL1 Вхід інвертуючого підсилювача генератора і вхід схеми вбудованого генератора тактової частоти.

XTAL2 Вихід інвертуючого підсилювача генератора.

AVCC Напруга живлення аналого-цифрового перетворювача. Виводи під’єднується до зовнішнього VCC через низькочастотний фільтр.

AREF Вхід аналогової напруги порівняння для аналого-цифрового перетворювача. На цей вивід, для забезпечення роботи аналого-цифрового перетворювача, подається напруга в діапазоні між AGND і AVCC.

AGND Цей вивід повинен бути під’єднаний до окремої аналогової землі, якщо плата оснащена нею. В іншому випадку вивід від’єднується до загальної землі.

Мікроконтролер ATMega48 має такі технічні характеристики:

- діапазон напруги живлення: - від 1.8 до 5.5 В;

- діапазон робочої частоти: - от 0 до 1 МГц

- клас точності 0,05 [8].

Схема включення мікроконтролера зображено на рисунку 3.2.