Система управления положением кресла водителя (стр. 3 из 6)

Структурная схема системы управления креслом водителя изображена на рис. 5

Рис. 5 Структурная схема системы

В данной схеме приняты следующие обозначения: МК – микроконтроллер, БФУВ – блок формирования управляющих импульсов.

Данная система работает следующим образом: по приходу сигнала с панели управления микроконтроллер проверяет запрашиваемый привод на нахождение в крайнем положении, затем если это не подтверждается, устанавливает разрешающий сигнал на требуемый канал системы управления. Если требуемой операцией является изменение пространственного положения кресла, то микроконтроллер устанавливает разрешающий сигнал на первом ключевом элементе Канала 1, необходимого для подключения последующей схемы к питанию. Затем, зависимости от необходимого направления движения двигателя, микроконтроллером устанавливается «0» или «1» на управление инвертором. После этого сигнал поступает на второй ключевой элемент Канала 1, отвечающий за подключение необходимого двигателя к цепи. В результате исполнительный двигатель приводит желаемую часть сиденья в движение, которое осуществляется до тех пор пока не исчезнет сигнал с панели управления, или привод не перейдет в крайнее положение, в результате чего на выходе датчика (Блок датчиков 1) появится сигнал, который запретит дальнейшую работу микроконтроллера, а следовательно и двигателя.

Рассмотрим случай, когда в работу включается Канал 2. В этом случае БФУВ сравнивает сигналы, приходящие с датчиков. Сравнение осуществляется в определенной последовательности, которую устанавливает микроконтроллер, посылая с заданным интервалом сигналы, подключающие следующую пару датчиков, отключая предварительно предыдущую. После сравнения устанавливается разрешающий сигнал на ключевом элементе Канала 2, в результате чего запускается пара двигателей, движущихся в противоположные стороны, с целью уравновесить давление, действующее на датчики. Весь процесс идет до тех пор, пока не будет произведено сравнение сигналов со всех датчиков.

4. Устройство отдельных блоков системы

Как видно из структурной схемы изображенной на рис. 5, ее можно разбить на несколько функциональных блоков: панель управления, микроконтроллер, Канал 1, Канал 2, объект управлении. Данное разбиение сделано, исходя из функционального назначения приведенных блоков.

Панель управления, состоящая из набора кнопок, не представляет особого интереса. Объектом управления является само кресло, которое достаточно подробно было расписано в первом разделе.

Не известными остаются микроконтроллер, который отвечает за выбор каналов управления, и их функционирования, а также Канал 1 и Канал 2. Однако Канал 2, ввиду его сложности и отсутствия на данный момент необходимых данных по его составляющим, в рамках данного проекта более детально рассмотрен не будет. Его рассмотрение будет произведено, в случае если работа будет продолжена, и результаты будут представлены на инженерной работе.

4.1 Микроконтроллер

Реализация концепции RISC-архитектуры в 8-разрядных микроконтроллерах существенно расширила среду их применения. К традиционным приложениям таких микроконтроллеров (телекоммуникации, системы сбора данных, системы охраны, автоэлектроника, системы отображения информации и т. д.) сегодня прибавляются такие, где раньше использовались только более мощные 16– и 32–разрядные процессоры с функцией цифровой обработки сигналов, например, обработка видеосигналов или управление электроприводом [16].

Компания ATMEL – один из мировых лидеров в производстве широкого спектра микросхем энергонезависимой памяти, FLASH-микроконтроллеров и микросхем программируемой логики, взяла старт по разработке RISC-микроконтроллеров в середине 90-х годов, используя все свои технические решения, накопленные к этому времени.

AVR-архитектура, объединяет мощный гарвардский RISC-процессор с раздельным доступом к памяти программ и данных, 32 регистра общего назначения, каждый из которых может работать как регистр- аккумулятор, и развитую систему команд фиксированной 16-бит длины. Большинство команд выполняются за один машинный такт с одновременным исполнением текущей и выборкой следующей команды. 32 регистра общего назначения образуют регистровый файл быстрого доступа, где каждый регистр напрямую связан с АЛУ. За один такт из регистрового файла выбираются два операнда, выполняется операция, и результат возвращается в регистровый файл. Все микроконтроллеры AVR имеют встроенную память программ с возможностью внутрисхемного программирования через последовательный интерфейс [17].

Для целей управления микроконтроллеры AVR делает привлекательным их хорошо развитая периферия, которая включает в себя: таймеры–счётчики, широтно-импульсные модуляторы, поддержку внешних прерываний, аналоговые компараторы, встроенный АЦП, параллельные порты ввода и вывода, интерфейсы, сторожевой таймер и устройство сброса по включению питания. Компания ATMEL предлагает бесплатную программную среду AVR-studio для отладки программ в режиме симуляции на программном отладчике, а также для работы непосредственно с внутрисхемным эмулятором.

Все эти качества превращают AVR-микроконтроллеры в мощный инструмент для построения современных, высокопроизводительных и экономичных контроллеров различного назначения.

В рамках единой базовой архитектуры AVR-микроконтроллеры подразделяются на три подсемейства:

- Classic AVR основная линия микроконтроллеров с производительностью отдельных модификаций до 16 MIPS;

- Mega AVR для сложных приложений, требующих большого объема памяти;

- tiny AVR низкостоимостные микроконтроллеры в 8-выводном исполнении [17].

Для выбора конкретного микроконтроллера из всего модельного ряда AVR проанализируем техническое задание и структурную схему. Микроконтроллер должен содержать: таймер; не менее 11 линий ввода-вывода.

Исходя из выше сказанного, и из стремления уменьшиться стоимость изделия, можно заключить, что в данной схеме подходящим для использования является микроконтроллер семейства Classic AVR, AT90S2313. Расположение его выводов изображено на рис. 6:

Рис. 6 Расположение выводов микроконтроллера AT90S2313

Перечислим его основные свойства:

- AVR® - высокая производительность и RISC архитектура с низким энергопотреблением

- 118 мощных инструкций - большинство из них выполняются за один такт

- 2 Кбайт Flash- памяти с поддержкой внутрисистемного программирования SPI- последовательный интерфейс для загрузки программного кода Ресурс: 1000 циклов записи/стирания

- 128 байта EEPROM: Ресурс: 100 000 циклов запись/ стирание

- Рабочие регистры общего назначения 32 х 8

- 15 программируемых линий I/O

- - питание VCC: от 2.7 В до 6.0 В;

- Полностью статический режим работы: От 0 до 10 МГц, при питании от 4.0 В до 6.0 В От 0 до 4 МГц, при питании от 2.7 В до 6.0 В

- Производительность, вплоть до 10 MIPS при 10 МГц

- Один 8-ми разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем частоты

- Один 16-ти разрядный таймер/счетчик с отдельным предварительным делителем частоты с режимами сравнения и захвата

- Полнодуплексный UART

- Выбираемые 8, 9, или 10-ти разрядные режимы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

- Внешние и внутренние источники прерывания

- Программируемый следящий таймер с встроенным тактовым генератором

- Встроенный аналоговый компаратор

- Экономичные режимы ожидания и пониженного энергопотребления

- Программируемая блокировка для безопасности программного обеспечения

- 20 выводов

4.2 Канал 1

В данной части системы, отвечающей за пространственное положение кресла, главную роль играет микропроцессор. Сам Канал 1 представляет собой набор ключевых элементов. Первый ключ подключает дальнейшую часть схемы к питанию. В качестве такого ключа может использоваться оптореле, схема которого приведена рис. 7:

Рис. 7 Оптореле

Здесь Упр – управляющий сигнал с микроконтроллера, Вх – вход, т.е. напряжение питания, Вых – выход, точка подключения к дальнейшей части схемы. Через этот ключ в схему поступает «плюс» питания. «Минус» питания подключен постоянно. Использование оптореле удобно в смысле безопасности микроконтроллера, так как оно обеспечивает гальваническую развязку микроконтроллера со схемой.

После первого ключа в схеме идет инвертор, управляемый микроконтроллером. В качестве инвертора используется реле, у которого через нормально замкнутые контакты двигатели подключены в «прямом» направлении («прямое» направление выбрано условно). Следовательно, если необходимо что бы двигатели двигались в «прямом» направлении необходимо что бы питание реле было отключено, т.е. на линии микроконтроллера отвечающей за этот элемент был «0». Принципиальная схема инвертора изображена на рис.8.

Рис. 8 Принципиальная схема инвертора

Здесь К1 – реле, Вх – вход данной части схемы, где «+» – выход предыдущего звена; Вых и Упр имеют тоже значение что и в предыдущей схеме. Значение символа «*» будет рассмотрено дальше. Как уже говорилось выше, применение инвертора связано с необходимостью менять направление вращения двигателей. Изменять направление движения можно, используя механические схемы. Однако такой способ будет более громоздким и дорогостоящим, а следовательно – нецелесообразным.