Файл: Курсовая работа по дисциплине Электронные промышленные устройства.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова»)


Кафедра электроники и микроэлектроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине Электронные промышленные устройства

на тему: ­Разработка микропроцессорной системы противодымной защиты


Исполнитель: Степанов Леонид Дмитриевич студент 4 курса, группа АНб-19-2

(Ф.И.О.)
Руководитель: Бодров Е.Э., доцент каф. ЭиМЭ, к.т.н., доцент

(Ф.И.О. должность, уч. степень, уч. звание)

Работа допущена к защите «_____» _________ 2023 г. ____________________

(подпись)
Работа защищена «___» _________ 2023 г. с оценкой __________ __________

(оценка) (подпись)

Магнитогорск, 2023

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова»)

Кафедра электроники и микроэлектроники
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
Тема: ­­­­­­­­­­­­­Разработка микропроцессорной системы противодымной защиты
Студенту Степанову Леониду Дмитриевичу

(фамилия имя отчество)

Исходные данные: проанализировать научную и учебную литературу по заданной теме; вывести требования к разрабатываемому устройству; разработать структурную схему устройства; разработать принципиальную схему устройства; разработать алгоритм работы устройства в виде блок-схемы; сделать заключение по работе

Срок сдачи: «______» _______________ 2023 г.
Руководитель:______________________/____________________________/

(подпись) (расшифровка подписи)




Задание получил: ________________/Степанов Л.Д /

(подпись) (расшифровка подписи)

М агнитогорск, 2023

Содержание

---

Введение

Потребность в проектировании контроллеров на основе микропроцессоров и программируемой логики продолжает стремительно увеличиваться. Сегодня происходит автоматизация практически всей окружающей нас среды с помощью дешевых и мощных микроконтроллеров. Микроконтроллер - это самостоятельная компьютерная система, которая содержит процессор, вспомогательные схемы и устройства ввода-вывода данных, размещенные в общем корпусе. Микроконтроллеры, используемые в различных устройствах, выполняют функции интерпретации данных, поступающих с клавиатуры пользователя или от датчиков, определяющих параметры окружающей среды, обеспечивают связь между различными устройствами системы и передают данные другим приборам. Микропроцессоры встраивают в теле-, видео- и аудиоаппаратуру. Микропроцессоры управляют кухонными комбайнами, стиральными машинами, СВЧ печами, и многими другими бытовыми приборами, современные автомобили содержат сотни микроконтроллеров.

Целью данной курсовой работы является задача разработки системы противопожарной защиты помещения, в которой микропроцессор будет выполнять координирующую роль: он будет получать сигналы с датчиков и определять поведение противодымной системы в целом в зависимости от данных, пришедших с датчиков. Одним из плюсов данной системы является отличная масштабируемость, которая позволяет применять подобную схему как для небольших офисов, так и для этажа здания или всего здания в целом путем внесения лишь небольших изменений. Внедрение разрабатываемой системы противодымной защиты позволит существенно повысить пожарную безопасность простым, дешевым и эффективным способом. Краткая характеристика глав курсового проекта представлена ниже.

Глава 1 – формулирование требований к микропроцессорной системе. В данной главе формулируются системные требования к разрабатываемой микропроцессорной системе, которые заключаются в определении набора требований пользователя и создании вытекающей из него спецификации.

Глава 2 – системно-алгоритмическое проектирование. В этой части пояснительной записки осуществляется распределение функций из функциональной спецификации между аппаратной и программной частями. Также в этой главе разрабатывается общая структура и алгоритмы функционирования устройства.

Глава 3 – проектирование аппаратных средств. Здесь осуществляется выбор микроконтроллера, на основе которого будет строиться устройство, разрабатывается структурная схема устройства приводится описание выбранной элементной базы. Затем происходит

---

составление функциональной схемы устройства, на основе которой уже строится принципиальная электрическая схема устройства и перечень её элементов.

Глава 4 – проектирование программных средств. В данной главе составляется алгоритм выполнения программы, выбор используемого языка программирования, компиляция и трансляция программы.

Система противодымной защиты

1. ФОРМУЛИРОВКА СИСТЕМНЫХ ТРЕБОВАНИЙ К МПС

В данном курсовом проекте требуется разработать принципиальную схему и текст программы управления системы противопожарной защиты помещения.

Наша система должна контролировать возможные источники возникновения пожара, опрашивать датчики дыма. Каждый датчик должен опрашиваться по индивидуальной линии. Точно так же индивидуально должны поступать и команды на включение и отключение системы противопожарной защиты в помещении. Индикацию состояния датчиков и элементов системы мы будем осуществлять посредством светодиодов и LCD.

Таким образом, для контроля каждого помещения нам потребуется 4 линии:

– вход с датчика дыма;

– вход с датчиков температуры;

– включение клапанов дымоудаления;

– включение системы пожаротушения

Логический ноль на линии будет означать отсутствие задымления или пассивное состояние системы противопожарной защиты, а логическая единица - присутствие дыма и включение системы противопожарной защиты для датчиков дыма и средств противопожарной защиты соответственно. При наличии задымления в помещении сразу же должны включаться все элементы системы защиты.

Помимо непосредственной обработки данных, процесс мониторинга необходимо наглядно представить пользователю. Для этих целей мы будем использовать светодиоды и LCD. В случае возникновения задымления внимание оператора должна привлечь звуковая сигнализация. Для реализации звуковых эффектов мы будем использовать динамик.

Функции устройства:

1 - Измерение температуры

2 – Управление клапанами дымоудаления

3 - Отображение на дисплее

4 – Оповещение

2. СИСТЕМНО- АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

В данной главе курсового проектирования потребуется распределить, какие из функций функциональной спецификации будут выполняться аппаратной частью, а какие программной. Также на этом этапе помимо разбиения микропроцессорной системы на программную и аппаратную части нужно будет разработать её общую структуру и алгоритмы функционирования.

---

Но в начале следует отметить преимущества и недостатки программной реализации по сравнению с аппаратной, исходя из которых, можно будет произвести разделение функций.

Преимущества программной реализации:

– широкие функциональные возможности реализации;

–легкая осуществимость перенастройки микропроцессорной системы на новые условия, задачи, объекты путем изменения только программного обеспечения.

Недостатки программной реализации:

–большее время выполнения функций, обусловленное последовательным методом выполнения программы;

– ограниченный объем памяти программ и данных;

– сложность программной реализации функций непосредственного сопряжения с реальными объектами;

– ограниченный объем памяти программ и данных.

Используя, представленные выше преимущества и недостатки, а также функциональную спецификацию, произведём разделение функций. Функции, выполняемые программной частью:

– логическая обработка входных данных;

– принятие решения о включении или выключении системы дымоудаления;

– выдача команд управления светодиодами;

– выдача команд вывода текстовых данных на LCD;'

– выдача команд управления динамиком;

– организация задержек между опросами датчиков. Функции, выполняемые аппаратной частью:

– мониторинг помещения датчиками дыма;

– непосредственное управление элементами противодымной защиты;

– отображение текстовых данных на LCD;

– управление динамиком.

Функции, выполняемые аппаратной частью:

– опрос датчиков;

– преобразование входных и выходных сигналов в нужную форму;

–передача управляющих сигналов на элементы системы противодымной защиты;

– зажигание и гашение светодиодов;

– отображение текстовых данных на LCD;

– включение и выключение динамика.

3. 
   РАЗРАБОТКА АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРПРОЦЕСОРНОЙ СИСТЕМЫ
   

3.1 Разработка и описание принципиальной схемы

После того, как было принято компромиссное решение о программной и аппаратной реализации можно приступать к проектированию аппаратной части, которая включает в себя разработку структурной и принципиальной схем. Выберем микроконтроллер, на базе которого будет строиться микропроцессорная система. При выборе микроконтроллера необходимо учитывать разрядность микроконтроллера.

---

В качестве возможной базы для разработки системы противодымной защиты рассматривалось два семейства микроконтроллеров: ADuC812 от Analog Devices и 68НС08 от Motorola. Рассмотри каждый из них.

Процессор ADuC812 является клоном Intel 8051 со встроенной периферией. Перечислим основные особенности ADuC812.

– 32 линии ввода/вывода;

– 8-миканальный высокоточный 12-разрядный АЦП со скоростью выборки до 200 Кбит/с;

– контроллер ПДП для высокоскоростного обмена между АЦП и ОЗУ;

– два 12-разрядных ЦАП с выходом по напряжению;

– температурный датчик.

– 8 Кбайт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память программ;

– 640 байт внутренней перепрограммируемой flash-памяти под память данных;

– 256 байт внутренней ОЗУ;

– 16 Мбайт внешнего адресного пространства под память данных;

– 64 Кбайт внешнего адресного пространства под память программ.

– частота 12 МГц (до 16 МГц);

– три 16-разрятных таймера/счетчика;

– девять источников прерываний, два уровня приоритетов.

– спецификация для работы с уровнем питания в ЗВ и 5В;

– нормальный, спящий, и выключенный режимы.

– 32 программируемые линии ввода/вывода, последовательный UART

– сторожевой таймер;


Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная

Семейство 8-разрядных микроконтроллеров 68НС08/908 является дальнейшим развитием семейства 68НС05/705. Отметим основные преимущества семейства 68НС08/908 по сравнению с микроконтроллерами 68НС05/705.

1) Процессор CPU08 работает на более высокой тактовой частоте 8 МГц, реализует ряд дополнительных способов адресации и имеет расширенный набор выполняемых команд. В результате достигается повышение производительности до 6 раз по сравнению с микроконтроллерами 68НС05.

2) Применение FLASH-памяти обеспечивает возможность программирования микроконтроллеров подсемейства 68НС908 непосредственно в составе реализуемой системы с помощью персонального компьютера.

3) Модульная структура микроконтроллеров и наличие большой библиотеки интерфейсных и периферийных модулей с улучшенными характеристиками позволяет достаточно просто реализовать различные модели с расширенными функциональными возможностями.

4) Существенно расширены возможности отладки программ благодаря введению специального монитора отладки и реализации останова в контрольной точке. Таким образом, обеспечивается возможность эффективной отладки без применения дорогостоящих схемных эмуляторов.

---