Разработка электрической схемы

Разработка схемы электрической принципиальной и схемы соединений

 В главе 2.1 произведен выбор платы МК – Starter Kit for arduino Uno R3.

Блок микроконтроллера объединяет в себе основные функциональные модули для блокировки электронного замка с помощью твердотельного реле, собственно управляющего микроконтроллера и интерфейса для приема и обработки сигналов электронного ключа.

Питание блока микроконтроллера можно обеспечить от внешнего блока питания или от USB.

Arduino фактически является оберткой для МК ATmega328 (ZU4), предоставляя стандартный формфактор, облегчающий физическое подключение дополнительных модулей, сделанных по тому же стандарту (Arduinoshields). Кроме удобства физического подключения, очень облегчает работу с Arduino (в отличии от работы к МК напрямую) наличие готового открытого ПО для программирования контроллера - среды для разработки со встроенным компилятором и загрузчиком кода в МК, а так же набора библиотек, облегчающих написание некоторых операций. Специальный загрузчик, заранее записанный в память МК, обеспечивает загрузку и выполнение загруженного кода (т.н. скетчей - программ в терминах Arduino).

Почти все выводы МК напрямую соединены с выводами Arduino (разъемы “IOH”, “AD”, “IOL”). При чем некоторые выводы одновременно и доступны для подключения и задействованы во внутренней схеме, например D0 и D1 одновременно служат для передачи данных и являются RX и TX последовательного интерфейса (выв. 2 “PD0”, 3 “PD1”), подключенного к USB-serial контроллеру (U3), реализованному на отдельном МК ATmega16U (этот МК обслуживает только USB интерфейс (разъем X2 “USB”) и не имеет отношения к функционированию «основного» МК).

USB интерфейс Arduino Uno используется как для питания (5В), так и для связи с компьютером, при этом на компьютере он распознается как асинхронный последовательный (COM) порт. Со стороны МК связь с компьютером так же выглядит как обмен данными через последовательный порт.

Частота МК на Arduino Uno задается внешним источником частоты (“XTAL”) в 16МГц. Выводы МК делятся на цифровые (D0-D13) - (выв. “PD0…PD7”, “PB0…PB5”) и аналоговые (A0-A5) - (выв. “ADC0…ADC5”).

Цифровые выводы могут использоваться и как входы и как выходы (режим входа или выхода задается в программе), аналоговые используются как входы, с разрешением АЦП 10 бит (диапазон значений 0-1023) и пределом измерений 5В относительно земли (выв. 8 “GND”) или вывода опорного напряжения (выв. 21 “AREF”). Выводы D3, D5, D6, D9, D10, и D11 (выв. “PD3…PD6”, “PB1…PB2”) связаны с внутренними счетчиками-таймерами МК и могут использоваться для вывода ШИМ-сигнала (широтно-импульсная модуляция, PWM) и в качестве счетчиков внешних импульсов.

Выводы D10-D13 (выв. “PB2…PB5”) могут использоваться для работы с внешними устройствами по протоколу SPI, при чем D10 (SS) - (выв. “PB2”) используется в случае, если МК является ведомым (slave).

Вывод D13 (выв.“PB5”) подключен к светодиоду «L» (“YELLOW”) на плате, что не влияет на его использование, но дополнительно может быть использован для индикации.

Два вывода I2C на разъеме “IOH” (“SCL”, “SDA”) - дублируют A4 и A5 на разъеме “AD” (“SCL”, “SDA”). Они могут использоваться для работы с внешними устройствами по протоколу I2C, что является дополнительной функцией A4, A5.

Вход “Vin” служит для внешнего питания 7-12В (разъем “POWER”). Либо внешнее питание можно подать со входа “PWRIN” разъема X1 “POWERSUPPLY”. Напряжение питания Vin от внешнего источника поступает на регулятор напряжения (U1) и преобразуется в напряжение питания+5В для Arduino Uno.

Выводы GND, 5V, 3V3 - земля и напряжения +5В, +3,3В

Вывод D2 (выв. 4 МК “PD2”) используется для приема сообщений от RF-модуля. К RF-модулю для стабильной работы рекомендуется дополнительно подключить антенну в виде провода длиной 17 см, представляющим собой ¼-волновый вибратор.

Вывод D12 (выв. 18 МК “PB4”) используется для управления твердотельным реле. Реле используется для управления внешней нагрузкой - замком двери.

Полная детализация вышеизложенного приведена в схеме электрической принципиальной модуля МК (Э3) и схеме соединений (Э4).

 

Разработка программного обеспечения устройства УЗРК

 

Программное обеспечение управляющего микроконтроллера

Нормальная, устойчивая работа устройства невозможна без разработанной и отлаженной управляющей программы. Разработка алгоритма управляющей программы микроконтроллера в качестве задания для программистов представляет собой одну из важных частей данного

курсового проекта. Она адекватно отражает логику работы программы.

Разработка ПО МК проведена в интегрированной среде разработки фирмы "ARDUINO" IDE Arduino Software Version 1.6.6.

Программа, управляющая микроконтроллером, должна начинать свою работу с инициализации ресурсов микроконтроллера. В эту процедуру входит обнуление и/ или установка необходимых ячеек памяти, задание требуемых констант, задание режимов работы портов, и т.д. Разработаем скелет программы для приема сообщения от RF-модуля и сопроводим его поясняющими комментариями. Скетч с окончательным текстом программы см. в Приложении Б.