Разработка системы автоматических звонков в учреждении образования (стр. 1 из 5)
МИНИСТРЕТСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования "Гомельский государственный дорожно-строительный техникум им. Ленинского комсомола Белоруссии"
Отделение: "Электронные вычислительные средства"
Специальность: 2 40 02 02, группа ЭВС-41
ДОПУЩЕН К ЗАЩИТЕ
И.о. заведующей отделением
Глухова И.В.
"___"___________ 2007 г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ
Тема: "Разработка системы автоматических звонков в учреждении образования"
ДП Т100300.041.002 ПЗ
Учащийся группы ЭВС-41
Р.А. Бегляк
Руководитель Д.С. Минин
Консультант по экономическому разделу
О.В. Исакович
Гомель, 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Расчётно-проектировочный раздел
1.1 Назначение и область применения проектируемого устройства
1.2 Разработка структурной схемы
1.3 Разработка функциональной схемы
1.4 Разработка принципиальной схемы
1.4.1 Расчёт узлов и блоков
1.4.2 Выбор элементной базы
1.4.3 Описание принципа действия
1.4.4 Расчёт потребляемой мощности
1.5 Разработка программного обеспечения
2. Конструкторско-технологичекий раздел
2.1 Разработка печатной платы
2.2 Выбор способа изготовления печатной платы
2.3 Разработка компоновки устройства
2.4 Поиск и устранение неисправностей
3. Экономический раздел
4. Охрана труда
5. Энерго- и материалосбережение
6. Охрана окружающей среды
Заключение
Список использованных источников
Приложение А
ВВЕДЕНИЕ
Дипломное проектирование является завершающим этапом подготовки специалиста техника-электроника. Учащиеся приступают к данному этапу лишь, пройдя весь лекционный и практический курс, являясь уже, по сути, готовыми специалистами. Дипломное проектирование является последним контрольным этапом, в ходе которого, проверяются все полученные в процессе обучения знания, умения и навыки. Начиная от элементарных навыков пайки при практическом изготовлении соответствующего устройства, заканчивая расчётом экономической эффективности данного устройства или предложенного решения.
В процессе дипломного проектирования перед учащимся ставятся следующие задачи:
- решить конкретную проблему, путём её автоматизации
- продемонстрировать все полученные в процессе обучения знания
- подтвердить свою квалификацию как специалиста.
1. РАСЧЁТНО-ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАЗДЕЛ
1.1 Назначение и область применения устройства
Устройство предназначено для автоматизации подачи звонков в учебных заведениях.
Устройства для решения этой задачи не производятся серийно. В настоящий момент, налажено лишь производство непосредственно самих звонков, а подача самого сигнала – как правило, закрепляется за вахтерами. Такая организация имеет ряд недостатков. Первый и очевидный – вахтеры порой склонны забывать эту свою обязанность. Второй недостаток – необходимость платить зарплату вахтёру за осуществление данного вида работ. Кроме того, кнопки подачи звонков порой находятся в легкодоступном месте и могут быть объектом неадекватного поведения учащихся.
Некоторые учебные заведения, в частности БелГУТ, решили данную проблему с помощью микропроцессорной системы на базе процессора Intel8080. Это решение обеспечивает не только автоматизацию процесса, но придание звонкам более приятного для человека звучания. Однако и у этого решения есть свои недостатки. Среди которых:
1. Сложность и высокая стоимость самого устройства. Использование процессора Intel 8080 предполагает так же наличие внешней ПЗУ и ОЗУ. Кроме того, их необходимо подключить к процессору.
2. Необходимость замены самих звонком на динамики. Совершенно ясно, что это затратное мероприятие.
3. Необходимость проектирования и изготовления усилителя, так как выход микросхемы не может дать необходимую мощность.
4. Сложность программного алгоритма. Реализация более дружественного звучания звонка требует значительного усложнения используемого оборудования и программного обеспечения для его выполнения.
Моё решение данной проблемы лишено данных недостатков. За счёт использования микроконтроллера отпала необходимость использовать внешнюю память, так как память уже встроена в сам контроллер. Моё устройство полностью совместимо с существующей системой подачи звонков и его внедрение не потребует существенных затрат материальных ресурсов и рабочего времени. Отпадает необходимость использования усилителей и сложных программных алгоритмов. С перепрошивкой микроконтроллера, при наличии соответствующего оборудования справится даже второкурсник. Кроме того, устройство значительно дешевле и очень просто в изготовлении. Оно компактно, экономично (т.к. использует микросхемы КМОП серии), имеет минимум регулировок, что значительно упрощает освоение и использование данного решения.
1.2 Разработка структурной схемы
Прежде чем приступать к разработке схемы устройства, необходимо чётко определить цели и задачи, назначение проектируемого устройства. Это позволит избежать неоправданного усложнения схемы и значительно упростит задачу разработки устройства.
Итак, проектируемое устройство должно подавать звонки согласно расписанию. При этом заранее известно, что данное расписание меняется крайне редко. Этот факт позволяет отказаться от использования возможности настройки системы и расписания оператором устройства. Если это расписание меняется раз в 5-10 лет, это было бы неоправданной тратой ресурсов. Далее внимательно проанализируем само расписание звонков:
Будни:
815,900,910,955,1005,1050,1100,1145,1155,1240,1250,1335,1345,1430,1440,1525,1535,1620,16301715,1725,1810
Суббота:
815,900,910,955,1005,1050,1100,1145,1155,1240,1250,1335,1345,1430,1440,1525,1535,1620,16301715,1725,1810
В предпраздничные дни третья и чётвёртая пара обычно проводится лишь по одному уроку.
Внимательно изучив расписание, очевидно, что оно идентично в любой день недели, кроме, разумеется, воскресенья, когда звонки вообще не должны подаваться. Этот факт позволит отказаться и от использования такого параметра как день недели, так как звонки фактически от него не зависят. Вместо него используем счётчик, который отключит звонки в воскресенье.
Внимательно проанализировав все изложенные выше соображения, я решил использовать следующую структурную схему:
Рис. 1 Структурная схема
1.3 Разработка функциональной схемы
Для реализации необходимых функций и выше приведенной структурной схемы предлагаю использовать микроконтроллер производства ATMEL как самый простой и доступный из представленных на рынке. Кроме того, его использование позволит существенно упростить проектирование самого устройства, сделать его изготовление очень простой задачей.
Ввиду использования такого решения, предлагаю следующую схему разделения функций по компонентам системы:
Рис. 2 Функциональная схема
Считаю, что данная функциональная схема будет оптимальной для решения поставленной задачи.
1.4 Разработка принципиальной схемы
1.4.1 Расчёт узлов и блоков
Для микросхем используются стандартные подключения. В частности, для микросхемы К176 для не задействованных выходов используются резисторы номиналом 1 кОм. Входы микроконтроллера, в соответствии с документацией, защищены ограничивающими резисторами R8-R16, R18-R24.
При этом номинал резистора R8 составляет 500 кОм, всех остальных – 100 кОм. Понятно, что ток при таком включении будет незначительный, поэтому не требуется включения ограничивающего резистора в цепи транзистора VT1.
Рассчитаем ограничивающий резистор в цепи транзистора VT2. Максимальный ток для транзистора – 30 мА. Исходя из этого, выберем рабочий ток 20 мА. Тогда по закону Ома:
R = U/I = 5 / 0,02 = 250 Ом.
При этом токе выделяемая мощность составит:
P = UI = 5 * 0,02 = 0,1 Вт.
В цепи питания, параллельно микроконтроллеру должен быть включён керамический конденсатор номиналом 0,1 мкФ.
Далее, в соответствии со стандартным подключением.
R2 = 22 Мом, 0,125 Вт
R3 = 510 кОм, 0,125 Вт
ZQ1 = 32 кГц
С1 = 62 пФ
С2 = 3..15 пФ
С3 = 4..20 пФ
С4 = 12 пФ
ZQ2 = 1 МГц.
1.4.2 Выбор элементной базы
Выбор микроконтроллера был продиктован его функциональными возможностями, которые являются оптимальными для разрабатываемой системы, а также его сравнительно низкой стоимостью.
Выбор микросхемы К176ИЕ12 был обусловлен тем, что она содержит все необходимые моей системе компоненты в максимально интегрированном виде.
Выбор реле был продиктован уровнем управляющего напряжения и коммутируемой мощностью. Последний параметр был значителен, и чем выше он был, тем лучше. Тем больше звонков можно было подключить. Я использовал реле с максимальным током в 5 А, что на мой взгляд более чем достаточно даже для большого количества звонков.
Все конденсаторы должны выдерживать напряжение 10 В. Резисторы, кроме R17, мощность 0,125 Вт. R17 – 0,25 Вт.
В качестве ZQ1 используется специальный часовой резонатор повышенной точности. ZQ2 – кварцевый резонатор обычной точности частотой 1 МГц.
Ключ SA1 – с фиксацией в обоих положениях.
Ключ SA2 – кнопка без фиксации в нажатом состоянии или ключ. Должна выдерживать напряжение 220 В и ток 5 А.
1.4.3 Описание принципа действия
При разработке принципа действия данного устройства, я решил отказаться от использования реального времени и контрольных точек. Разработка устройства по этому пути была бы неоправданно сложной и затратной. Поэтому я решил использовать принцип таймера и реализовать схему с использованием микроконтроллера AT90S1200.