Охранное устройство «лазерная растяжка»

Введение

Тема «Охранное устройство «лазерная растяжка»». Из названия темы видно, что в данной курсовой работе будет рассмотрено устройство, назначение которого сводится к обеспечению безопасности некоей территории посредством установки этого изделия в определенном стратегически важном месте.

Еще совсем недавно обеспечение  безопасности имущества было дорогим  удовольствием. Только очень обеспеченные люди, могли позволить себе потратиться  на охрану своего дома. Но времена меняются, и рынок охранного оборудования не стоит на месте. Сейчас охранное оборудование стало более доступно, а некоторые технические решения  и вовсе делают обеспечение безопасности доступным практически каждому. Существует ряд охранных систем, которые  разработаны специально для самостоятельной  установки. Простой монтаж и настройка  позволяют неподготовленному пользователю собственноручно организовать охрану своего жилища. 

Существуют 2 варианта систем охраны для самостоятельной установки. Первый вариант – беспроводные системы сигнализации (к данному варианту относится наша растяжка). Такие системы подходят для новичков. Их установка не требует абсолютно никаких знаний и навыков обращения с техникой. В беспроводных системах связь между всеми элементами осуществляется по радиоканалу. Все что потребуется установить датчики, например на стену, с помощью дюбелей, и центральный блок системы, который может просто лежать на поверхности или висеть на стене. Беспроводные системы прекрасное решение для помещений, где уже сделан ремонт.

Проводные системы охраны для самостоятельной установки  больше подходят для людей, имеющих  определенное представление о технике. Их монтаж также можно осуществить  собственными силами, потратив полчаса  на изучение инструкции. Оборудования проводных систем обойдется дешевле, нежели такое же, но беспроводное. 

И проводные и беспроводные системы охраны для самостоятельной  установки, значительно упрощают и  удешевляют обеспечение охраны. Принцип  их работы довольно прост для понимая, в тоже время данные системы обладают широким функционалом.. В зависимости от задач и месторасположения объекта оптимальный комплект сигнализации может быть разным. Так если  квартира располагается на 1-м этаже,  могут понадобиться дополнительные датчики разбития стекла для установки на окна. Или же в частный дом. Для этого необходимо приобрести так называемые «барьеры» - активные инфракрасные датчики движения. 

Актуальность данного  устройства сложно недооценить, по столько, по сколько в настоящее время одной из первостепенных задач современного человека трудящегося человека является сохранение честно нажитого имущества.

Основные технические  характеристики:

Тип барьера	Беспроводной
Информационный луч	Модулированное  колебание лазерного луча
Количество охранных лучей	2
Расстояние между лучами	Задаётся при  установке, от 50 до 600 мм
Положение лучей в пространстве	Горизонтальное, произвольное между лучами
Дальность действия (расстояние между приёмником и передатчиком)	До 40 метров
Тип установки	На неподвижную  поверхность (стена, труба и т.д.) Крепление - кронштейн
Регулировка времени пересечения  луча	Цифровая регулировка  задержки переключателями, на каждый луч  отдельно
Режим формирования сигнала  тревоги	Обрыв любого луча (1-1), обрыв двух лучей (1&1). Режим  работы выставляется переключателем
Батареи питания	Элемент 3R12 (2 шт.) - приёмник и 6F22 - передатчик
Время непрерывной автономной работы	2 года передатчик, 1.5 года - приёмник. При падении напряжения  ниже допустимого порога -  сигнал о разряде батареи на приёмник
Потребляемый ток приёмника	Не более 170 мкА
Потребляемый ток передатчика	Не более 30 мкА
Расстояние между передатчиком барьера и приёмником централи	До 100 метров в  зависимости от количества преград
Рабочая частота	433 мГц
Засветка солнечным светом	До 65 000 Лк
Температурный диапазон	От - 25° до + 50° С
Тип контактов выхода сигнала "тревога" приёмника	Открытый коллектор, нормально замкнутый на "-". Время прерывания в режиме "тревога" - 2 сек.

 

Барьер полностью автономен  и не требует прокладки к передатчику  и приёмнику никаких проводов. Единственное необходимое обслуживание - очистка оптических элементов от загрязнений, в зависимости от местности  эксплуатации 1 - 3 раза в год. Замена элементов питания не чаще 1 раз  в год, либо по сигналу о разряде батареи питания.

Благодаря независимому расположению лучей в пространстве пользователь может установить лучи либо один над  другим,

либо ступенькой, что сделает  преодоление такого препятствия  полностью невозможным.

Беспроводной барьер найдёт применение на этапе незавершённого строительства, когда надо сохранить  инструменты и материалы, оставленные  буквально в чистом поле, для охраны автостоянки, больших складов, зданий с большим количеством окон, идущих в ряд по одной стене и т.д. Во всех случаях барьеры позволяют предотвратить вторжение в охраняемое помещение ещё до проникновения, тем самым не дав злоумышленнику повредить ваше имущество (разбить окна, взломать двери и т.д.) Соответственно, охранную систему можно настроить соответствующим образом, когда при попытке проникнуть на участок - охраняемая территория будет тут же освещаться, например, ярким прожектором, либо, включится внешняя сирена. Так же, применение барьеров оправдано при охране ночью, например, когда хозяева в доме. В этом случае, на охрану ставится только зона внешнего периметра (барьер), а датчики внутри дома не анализируются, что позволяет владельцу перемещаться внутри помещения и быть абсолютно спокойным, что ни кто не проникнет на прилегающую к дому территорию. Так же, следует отметить оправданность применения данного оборудования с экономической точки зрения. В отличие от использования наружных датчиков движения - применение барьеров охраны периметра позволяет сократить затраты на 50 и более процентов. При этом, так же на порядок возрастает надёжность системы. При правильно установленном оборудовании ложные тревоги исключены, а нарушить периметр будет абсолютно невозможно, чего нельзя гарантировать при охране территории с помощью датчиков движения.

Задача, поставленная мною в  данной курсовой работе – рассмотреть  устройство и принцип действия «Лазерной  растяжки», построенной на микроконтроллере atmega8,  и, также, рассмотреть принцип работы и устройство самого микроконтроллера. Данные задачи будут выполняться путем рассмотрения схемы самого устройства растяжки и мануала микроконтроллера.

 

 

 

 

 

1.Формализация задачи.

Формализация – замена реального объекта его  формальным описанием, т.е. построением его информационной  модели.

Возьмем в качестве такой  модели принципиальную схему растяжки.

Основным элементом является микроконтроллер аtmega8. Рассмотрим его подробнее.

ATmega8 – 8-разрядный КМОП микроконтроллер, основанный на

архитектуре AVR фирмы Atmel (Принстонская система архитектуры).

Контроллер выполняет  большинство инструкций за 1 такт, поэтому

вычислительная мощность контроллера равна 1MIPS (миллиону операций в

секунду) на 1 МГц.

Микроконтроллер имеет RISC-архитектуру, но формат команды

двухоперандный, за один такт может быть обращение только к двум

регистрам.

1.1 Архитектура  микроконтроллера

На рис 1.1.1. изображена архитектура микроконтроллера ATmega8. На рис1.1.2. изображен сам микроконтроллер (вид сверху) с номерами ножек и функциональным назначением этих ножек.  

Из рис 1.1.2. видно, что некоторые ножки микроконтроллера несут на себе двойную и даже тройную функцию. Цель такого совмещения – это

сэкономить число ножек  микроконтроллера, т.е. уменьшить габариты микроконтроллера, т.к. не все функции микроконтроллера

используются одновременно. Пример, если учитывать схему

подключения внешнего генератора импульсов, которую можно заменить конденсатором, а также, что это схема для передачи постоянного сигнала – не помеха, то эти ножки можно использовать для ввода или вывода постоянных сигналов. Еще пример, можно запретить микроконтроллеру использовать сигнал Reset (ножка 1). Тогда эту ножку можно использовать для ввода или вывода информации в микроконтроллер. Правда после такой операции невозможно будет перезаписать программу в микроконтроллере, т.к. чтобы выполнить эту операцию необходимо подать сигнал Reset.

 

а) PC6 (Reset) – сигнал сброса до прихода нулевого уровня (нуля вольт),

Это инверсный сигнал сброса, т.е. Reset происходит при появлении нуля

вольт на входе, а не 5В, одновременно является 6 битом порта С.

б) Ножки PD0 (RXD), PD1 (TXD) – необходимы для связи

микроконтроллера с другими  устройствами по последовательному

интерфейсу UART. А также, одновременно, эти ножки являются 0 и 1

битом порта D. Ножка TXD – это выход передатчика UART. Если разрешена

работа передатчика UART, независимо от состояния бита 1 в регистре DDRD

(регистр направления  передачи информации) этот вывод  сконфигурирован

как выход. Ножка RXD – выход приемника UART. Если разрешена работа

приемника UART, независимо от состояния 0 бита в регистре DDRD (регистр

направления передачи информации) этот вывод сконфигурирован как

выход.

в) PD2 (INT0) и PD3 (INT1) – это входы внешних прерываний INT0 и

INT1, а также 2 и 3 бит порта D.

г) PD4 (ХСК/T0) – это счетный вход таймера/счетчика 0, если он настроен

как счетчик, а также эта  ножка является 4 битом порта D.

д) VСС – питание микроконтроллера. Сюда подается сигнал в 5В. Т.к. без

питания микроконтроллер  вообще не работоспособный, то эту ножку  не

совместили больше ни с  какими функциями.

е) GND – общий провод.

ж) PB6 (XTAL1/TOSC1), PB7 (XTAL2/TOSC2) – ножки подключения

внешнего генератора. Одновременно эти ножки являются входами

выходами порта В.

и) PD5 (T1) – вход таймера/счетчика 1, если он настроен на счет

импульсов, т.е. как счетчик. Одновременно – это ножка 5 порта D.

к) PD6 (AIN0) и PD7 (AIN1) – входа аналогового компаратора и

одновременно 6 и 7 бит порта D.

л) PB0 (ICP) – ножка бита 0 порта В. ICP – вход для захвата счета в

таймере/счетчики 1 по выполнению того или иного события на этой

ножке.

м) PB1 (OC1A) – 1 бит порта В и выход ШИМ сигнала таймера/счетчика 1

с А счетчиком, если он конечно подсоединен к этой ножке, и настроен как

ШИМ генератор.

н) PB2 (SS/OC1B) – 2 бит порта В, а также выход канала В

таймера/счетчика 1.

п) PB3 (MOSI/OSC2) – 3 бит порта В, ножка, необходимая для

программирования микроконтроллера, и выходная ножка ШИМ

таймера 2.

р) PB4 (MISO) – 4 бит порта В, а также ножка необходимая для

программирования микроконтроллера.

с) PB5 (SCK) – 5 бит порта В и SCK – вход для тактовой частоты SPI

внешнего соединения.

т) AVСС – напряжение питания АЦП.

у) AREF – напряжение источника внешнего опорного напряжения.

ф) AGND – общий провод для питания АЦП (0 В).

х) РС0 (ADC0) … РС3 (ADC3) – 0–3 биты порта С, и одновременно 0–3

каналы входов для АЦП.

ц) PC4 (ADC4/SDA) – 4 бит порта С, 4 канал АЦП и SDA – шина

подключения TWSI соединения с другим внешним устройством по TWSI

соединению.

ч) PC5 (ADC5/SCL) – 5 бит порта С, 4 канал АЦП и SCL – шина

подключения TWSI соединения с другим внешним устройством по TWSI

соединению.

Внешний вид таких микроконтроллеров очень похож на обычные микросхемы,  которые устанавливаются на печатных платах. Поэтому их легко интегрировать в эти платы. Т.е. они не требуют отдельного шкафа управления. Но есть и минусы, главным из которых является необходимость сопряжения микроконтроллера, его уровня напряжения  и типа  подводимого сигнала с напряжением и типом сигнала выдаваемого объектом управления. Между тем, эти микроконтроллеры снабжены различной периферией (АЦП, компаратором, ШИМ), которая позволяет использовать их в печатных платах на производстве без дополнительных обвязок. Наличие этой периферии позволяет называть эти микросхемы уже не микропроцессорами, а микроконтроллерами.  Это основное отличие микроконтроллера от микропроцессора.

Так как объект регулирования  аналоговый, то необходимо

преобразование из цифрового  кода в аналоговый и обратно. Для этого в

микроконтроллере  ATmega8 существует АЦП и ЦАП, что делает этот

микроконтроллер весьма выгодным конкурентом по отношению к другим

На рис 1.1.3. представлена структура микроконтроллера с вариантами

применения микроконтроллера.

В случае растяжки, микроконтроллер  выступает в качестве переключателя  и аналогового порта ввода-вывода.

 

 

 

 

1.2 Работа портов микроконтроллера на прием и выдачу информации

Рассмотрим внешние порты управления контроллера (В,С, D).