Šviesoforas su mikrovaldikliu

ANOTACIJA Lietuvių

Šio kursinio projekto tema yra “Šviesoforas su mikrovaldikliu”. Šviesoforas nėra toks paprastas prietaisas, kaip gali atrodyti iš pirmo žvilgsnio. Šiame kursiniame darbe aš išnalizuosiu duotąją šviesoforo principinę – elektros schemą,apžvelgsiu panašios paskirties prietaisus, sudarysiu programą asemblerio kalba mikrovaldikliui, pateiksiu įvairius pasiūlymus, kaip patobulinti šią schemą.

Šis prietaisas yra naudojamas padidintos rizikos vietose saugumui užtikrinti, pavyzdžiui, gatvių eismo reguliavimui, geležinkelių pervažose, oro uostuose ir t.t. Taip pat šio prietaiso maketas gali būti naudojamas kaip vaizdinė priemonė mokyklose, kur mokoma kelių eismo ttaisyklių

ANATATION Anglų

The name of this course project is “light”. In this project we inspect the gear, wich is used to recive the signals wich passed through net.The “Light”is not simple ass we thinking.In this soures i traverese light principal scheme –and electrical scheme. This gear are used spurt to be at risk places to seciurity safeguard example in streets traffic controler ,in trackagle,in airport ,and somfing.else .Also this gear can be used in scooles like means where learning itinearly rules oof the road.

ĮVADAS

Reikšmingiausias mikroelektronikos pasiekimas yra mikroprocesorių sukūrimas. Mikroprocesorius – tai programa valdomas duomenų apdorojimo įtaisas, sudarytas iš vieno arba kelių DIMS, susidedančių iš keliasdešimties tūkstančių elementų, pagamintų vienoje silicio plokštelėje, kurios plotas – keliasdešimt kvadratinių milimetrų. Mikroprocesoriai naudojami universaliose eelektroninėse skaičiavimo mašinose, specialios paskirties skaičiavimo ir automatikos įrenginiuose staklėms, robotams, matavimo aparatūrai valdyti, o taip pat buityje – skalbimo mašinose, magnetofonuose, žaidimų automatuose, siuvimo mašinose, fotoaparatuose, elekrtoniniuose laikrodžiuose ir t.t.

Šiuolaikinėje aparatūroje mikrovaldikliai užima labai svarbią vietą. Tobulėjant technikai tobulėja ir signalo apdorojimo būdai, o tai reiškia, kad visi apdorojimo procesai turi būti labai greiti ir tikslūs. Visame pasaulyje yra naudojamos automatizuotos gamybinės linijos. Prižiūrėti automatizuotą liniją yra daug kartų lengviau, bet darbo personalas turi turėti atitinkamą kvalifikaciją. Galime padaryti išvadą, kad mikrovaldikliai ir jų vystymasis gerina žmogaus gyvenimą.

Šis darbas yra baigiamasis automatikos ir valdiklių kurso darbas. Taigi, mano kursinis darbas “Šviesoforas su mikrovaldikliu” pilnai paaiškins mikrovaldiklių darbą. Šviesoforai yra sutinkami daugelyje vietų. Šis prietaisas yra naudojamas padidintos rizikos vietose ssaugumui užtikrinti, pavyzdžiui gatvių eismo reguliavimui, geležinkelių pervažose, oro uostuose ir t.t. Jei jų nebūtų, mieste būtų netvarka, įvyktų daug avarijų ir be abejo , nukentėtų labai daug žmonių. Šviesoforai buvo sukurti tam, kad reguliuotų eismą gatvėse, bet juos pritaikė ir kitose srityse. Šviesoforai naudojami traukinių keliuose, lėktuvų pakilimo – nusileidimo takuose, bei laivų uostuose (švyturys – taipogi vykdo šviesoforo funkciją). Yra įvairių šviesoforų tipų: vienos sekcijos, dviejų, trijų, keturių ir t.t. Mes nagrinėsime trijų sekcijų šviesaforą.

Taip pat šio prietaiso mmaketas gali būti naudojamas kaip vaizdinė priemonė mokyklose, kur mokoma kelių eismo taisyklių arba mikrovaldiklių laboratorijoje, kaip vaizdinė ar mokomoji priemonė.

Šiame kursiniame darbe aš išanalizavau šviesoforo principinę – elektros schemą, išnagrinėjau jos veikimo principą ir pagal moduliavimo rezultatus sudarysiu galutinę veikiančią prietaiso principinę – elektros schemą.

UŽDUOTIES ANALIZĖ

Mano kursinis darbas vadinasi “Šviesoforas su mikrovaldikliu ”. Šis mano projektas negalėtų būti įgyvendintas be mikrovaldiklio, todėl aš pasirinkau mikrovaldiklį PIC16F84,nes jo visi parametrai mane pilnai tenkina, užtenka įėjimo ir išėjimo prievadų. Šis mikrovaldiklis negali dirbti be būtinai jam parašytos programos asemblerio kalba. Prie mikrovaldiklio turi būti generatorius. Aš pasirinkau 4MHz kvarcinį rezonatorių. Jį pasirinkau todėl, kad būtų lengviau skaičiuoti vėlinimo laikus ir todėl, kad jo vienos komandos vykdymas vyksta 1s. Taip yra daug patogiau apskaičiuoti vėlinimą.

Taip pat yra 4 indikaciniai spinduoliai (raudonas, geltonas, žalias ir dar vienas raudonas indikatorius, kuris parodo, kokiu režimu dirba mano sukonstruotas prietaisas), iš kurių galima spręsti, kokia šviesoforo spalva dega. Ir galiausiai, specialiai tam skirti mygtukai ir jungtukas. Jungtukas įjungia šviesoforą. Keturi mygtukai, iš kurių vienas skirtas automatino arba rankinio režimų perjungimui,o kiti trys šviesoforą leidžia valdyti rankiniu būdu.

Mano tiriamasis šviesoforas yra trijų sekcijų ir turi tris spalvas: raudona, geltona, žalia. Tokia šviesoforų konfigūracija yra labiausia paplitusi ppasaulyje. Tikruose šviesoforuose raudona ir žalia šviesos dega ilgiau negu geltona. Mano suprojektuoto šviesoforo maketas dirba lygiai tokiu pat principu kaip ir tikras, bet mano maketo šviesos diodai dega trumpesnį laiką, nei originalaus įrenginio lempos.

Mikrovaldiklio programa dirba dviem režimais :automatiniu, rankiniu ir išjungto šviesoforo. Įjungus automatinį režimą – lemputės mirksi pačios, pagal mikrovaldiklio programos algoritmą,o pereinant į rankinį rėžimą – lemputės valdomos mygtukais. Iškart įjungus prietaisą įsijungia “išjungto šviesoforo režimas ir mirksi geltonos spalvos indikatorius.

Taigi šis šviesoforas veikia pagal programą parašyta programų paketu “MP Lab” ir įrašyta į mikrovaldiklį PIC 16F84, prie kurio yra prijungti šviesos diodai (trijų spalvų), šešios varžos, trys kondensatoriai, penki mygtukai. Penki mygtukai šioje schemoje panaudoti tam, kad: S1:1 yra duomenų ištrynimas, S5:1 perjungia programą į rankinį režimą, o S2:1, S3:1 ir S4:1 mygtukai rankiniu būdu valdo tris šviesoforo spalvas (raudoną ,geltoną,ir žalią). Paspaudus vieną, kurį nors iš šių mygtukų užsidega tam tikra spalva. Paspaudus visus tris mygtukus švies visi trys šviesoforo indikatoriai.

2.2 PANAŠIOS PASKIRTIES GAMINIŲ APŽVALGA

1. Šviesoforas su loginiais elementais.

Prietaiso įėjimo signalai yra tikslūs stačiakampiai impulsai (+5V). Aparatas veikia beveik savarankiškai tik įjungus įtampą, tik yra nulio nustatymo jungiklis. Jį įjungus ir išjungus skaitiklis pradeda skaičiuoti nuo nulio. Tai padaryta dėl to, kad įjungus skaitiklis ppradeda skaičiuoti nuo atsitiktinio skaičiaus, tai yra labai nepatogu ir nenuspėjama, tam reikalui ir yra padarytas nulio nustatymo jungiklis. Jis į skaitiklio CLR paduoda vienetą (+5V) ir skaitiklis tokiu būdu nustoja skaičiuoti, laukdamas, kol į įėjimą nebus paduotas nulis, tada jis pradeda skaičiuoti nuo nulio ir šviesoforas pradeda skaičiuoti gražiai ir tvarkingai. Šviesoforo įėjimo signalai yra stačiakampiai(F=1HZ, U=5V). Prie išėjimo jungiame tris skirtingų spalvų spinduolius ir jie mirksi tiksliai pagal šviesoforo nustatytą programą. Mirksėjimo trukmė ir dažnis priklauso nuo dešifratoriaus išėjimų skaičiaus, o šie, savo ruožtu, nuo skaitiklio. Iš skaitiklio impulsai eina į dešifratorių. Skaitiklis taip pat yra valdomas signalais iš trigerio. Trigeris siunčia signalus į skaitiklį ir nuo to į kurį jo įėjimą trigeris pasiųs impulsus, skaitiklis skaičiuos arba nuo nulio iki devynių , arba atvirkščiai. Dešifratorius taip pat gauna kelis impulsus iš trigerio, kad žinotų, kada pradėti antrą ciklo dalį. Iš dešifratoriaus signalai eina į sumatorių, kurie yra sukomutuoti specialia tvarka ir sudėdami signalus tam tikra tvarka siunčia signalus į išėjimo signalų lemputes. Jos savo ruožtu mirkčioja pagal pilną šviesoforo programą.

2. Atsitiktinių signalų generatorius

Šis prietaisas vadinamas “Atsitiktinių signalų generatorius”. Jis, kaip ir mano kursinis projektas padarytas mikrovaldiklio PIC16F84 pagrindu. Pagal atitinkamą programą siunčiami atsitiktiniai signalai, kurie matomi indikacijos

bloke.

Projektas parengtas ant standartinės maketinės plokštės 2.

Mygtukai šiame PIC užprogramuotame variante nenaudojami, bet galima parašyti programą, kur jei bus naudoti ir šiuos mygtukus, tai priklauso nuo jūsų fantazijų.

PIC užprogramuotas siųsti atsitiktinių signalų sekos į 8 atskirus kanalus ( Led1.Led8). Atsitiktinių signalų sekos, siunčiamos į išėjimus, sudaromos remiantis valdiklyje nustatytais laikais. ( Funkcijos “random” standartinis aprašymas)

Programa parašyta su galimybe naudoti PIC12C509 mikroschema. Mikrovaldiklių pasirinkimas vykdomas pirmoje eilutėje( esamas variantas “1” atitinka PIC16F84).

3. SCHEMOTECHNINĖ DALIS

3.1 SANDAROS (FUNKCINĖS) SCHEMOS SUDARYMAS

Sudarydamas šio prietaiso sandaros sschemą, aš išnagrinėjau begalę panašios konstrukcijos prietaisų. Priėjau išvados, kad “šviesoforo su mikrovaldikliu” sandaros schemą turi sudaryti šios sudėtinės dalys:

1. Maitinimo šaltinis.

2. Valdymo blokas.

3. Kvarcinis rezonatorius.

4. Mikrovaldiklis PIC16F84.

5. Indikacija.

Maitinimo šaltinis yra +5V. Valdymo bloką sudaro keturi mygtukai ir vienas jungiklis. Mygtukai skirti tam, kad galėtume įjungti “rankinį” arba “automatinį” maketo valdymus. Kvarcinis rezonatorius yra 4Mhz ir du kondensatoriai. Visų šių blokų signalai paduodami į mikrovaldiklio bloką, kuris apdoroja atitinkamus įėjimo signalus ir išduoda išėjimo signalus į vykdymo mechanizmą. Iš mikrovaldiklio bloko išėjimo signalai paduodami įį indikacijos bloką, kurį sudaro keturi šviesos diodai. Trys yra skirti šviesoforo signalų indikacijai parodyti, o ketvirtas parodo, kokiu darbo režimu dirba maketas.

3.2 PRINCIPINĖS ELEKTROS SCHEMOS ANALIZĖ, VEIKIMO PRINCIPO, PAKOPŲ IR ELEMENTŲ PASKIRTIES PAAIŠKINIMAS

Mikrovaldiklio programa dirba dviem režimais :automatiniu ir rrankiniu ,įjungiant automatinį režimą lemputės mirksi pačios, pagal mikrovaldiklio programos algoritmą,o pereinant į rankinį rėžimą lemputės valdomos jungikliais S2,S3, S4. R5,R6 yra įtampos dalikliai,S1:1 numetimo blokas. Generatorių sudaro ZQ1,C2,C4. Jungiklis S2:1 įjungiaišjungia raudoną šviesą,S3:1 įjungia išjungia geltoną šviesą,ir S4:1 įjungiaišjungia žalią šviesą. Jungikliu S5:1 nustatome rėžimą (rankinio valdymo arba automatinį). Rezistoriai R1,R2,R3,R4, apriboja srovę per šviesos diodus, tekančią šviesos diodais D1 (raudona spalva), D3 (geltona spalva), D4(žalia spalva), D5(rankinio valdymo indikatorius).

Kai mikrovaldiklio porto B1 pirmame išvade yra loginis vienetas, tai srovė pradeda tekėti per diodą D4 ir jis pradeda šviesti. Analogiškai veiks ir prie porto B2 antro, bei trečio porto B3 išvado prijungti šviesos diodai D2 ir D1. Kai bus paspaustas mygtukas S5:1(tai rankinio režimo įjungimo/išjungimo mygtukas), mikrovaldiklio porto B0 iišėjime bus loginis signalas ir degs raudonos spalvos šviesos indikatorius, simbolizuojantis rankinio valdymo režimą.

SANDAROS SCHEMOS SUDARYMAS

Šio maketo sandaros schema nėra labai sudėtinga. Iš tinklo per maitinimo šaltinį gauname 5V nuolatinę įtampą,gauta įtampa maitina mikrovaldiklį (PIC16C84F) ,kvarcinis rezonatorius užduoda 4Mhz dažnį vidiniam mikrovaldiklio generatoriui jungikliais galime valdyti “rankinį”valdymą arba “automatinį”.

Taigi, padavus į maketą maitinimą pradeda veikti programa ir mikrovaldiklio išėjimuose tam tikru dažniu atsiranda loginiai vienetai. Šie signalai eina į indikacinius šviesos diodus (ties raudona šviesa indikacija trunka 10s, ties geltona 33s, ties žalia 10s) indikacijos trukmė numatoma programoje. Tuo pat metu mikrovaldiklis laukia signalo iš rankinio valdymo bloko, ir jei jį gauna (jei mygtukas paspaustas) pradeda šviesti geltonas šviesos diodas. Tada galima rankiniu būdu valdyti šviesoforo spalvas.

Mikrovaldiklio PIC 16 F 84 parametrai

Kadangi pagrindinis schemos elementas yra mikrovaldiklis PIC 16F84, todėl pateikiu pagrindinius jo parametrus.

1. RISC tipo architektūra;

2. 35 vieno žodžio ilgio komandos;

3. visos komandos atliekamos per vieną ciklą(400ns), išskyrus perėjimo komandas, kurios atliekamos per du ciklus;

4. darbo greitis:10MHz, 400ns;

5. 14 bitų ilgio komandos;

6. 8 bitų duomenys;

7. 1024 14 bitų vidinė EEPROM atmintis (programinė);

8. 36 8 bendro naudojimo registrai(SRAM);

9. 15 specialių registrų;

10. 64 8 EEPROM duomenų atmintis;

11. aštuonių lygių stekas;

12. tiesioginis netiesioginis ir santykinis adresavimas;

13. keturi pertraukimo būdai:

a)išorinis įėjimas,

b)TMR0 taimerio perpildymas,

c)pertraukimas dėl pakitimų porto B linijose,

d)pabaigus duomenų perrašymą į EEPROM:

14. 1 mln. trynimų/ įrašymų ciklų;

15. duomenų išsaugojimas daugiau nei 40 metų;

16. 13 I/O kojų, iš kurių kiekviena gali būti programuojama:

a)maksimali įtekanti srovė 25mA,

b)maksimali ištekanti srovė 20mA;

17. įjungto procesoriaus nustatymas į pradinę būseną(resetavimas);

18. 8 bitų skaitiklis/taimeris su 8 bitų programuojamu skaitikliu;

19. WDT taimeris;

20. ekonomiškas “miego” režimas (sleep mode);

21. programos apsauga nuo nuskaitymo;

22. ekonomiška, greitaeigiška CMOS EEPROM technologija;

23. platus darbinių įtampų spektras(2,0 – 6,0);

24. mažas srovės suvartojimas:

a)tipinė 3mA – 2mA esant 5V, 4MHz,

b)tipinė 50μA – 15μA esant 2V, 32kHz,

c)tipinė 26μA – 1μA esant 2V laukimo būsenoje.