Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный технический университет

Кафедра КТРС

Реферат по предмету

"Вычислительная техника и информационные технологии"

"Датчик движения на микроконтроллере PIC и PIR-датчике"

Группа: РКС10-91

Выполнили: Пустоветов Л.С.

Проверил: Кривецкий А.В.

Новосибирск

2012

Содержание

• 1. Введение
• 2. Анализ задания
• 3. Принцип действия пироэлектрического датчика
• 4. Конструкция устройства и электрическая схема
• 5. Структурная схема работы устройства
• 6. Исходный код
• Заключение
• Список литературы

Введение

Микроконтроллер (МК) - разновидность микропроцессорной системы, отличающийся тем, что содержит внутри постоянную оперативную память и многочисленные устройства ввода/вывода, аналоговые и цифровые преобразователи, последовательные и параллельные каналы передачи информации, широтно-импульсные модуляторы, генераторы программируемых импульсов, таймеры реального времени, модули обработки сигналов.

МК выполняются в различных корпусах с различным количеством выводов, которые не выполняют никаких функций и могут быть только входами или выходами.

МК классифицируются по разрядности данных: 4-х, 8-ми, 16-ти, 32-х разрядные. Общие тенденции современных МК - это уменьшение числа внешних элементов, т.е. на кристалле микросхемы размещают всевозможные нагрузочные ("подтягивающие") резисторы, конденсаторы, цепи логики и т. п. Для реализации микропроцессорного устройства измерения высоты выбираем микроконтроллер (МК) семейства PICmicro компании Microchip PIC16F873. Для данного МК характерна высокоскоростная архитектура, позволяющая выполнять все команды за один цикл, кроме инструкций переходов, выполняемых за два цикла. Всего система команд содержит 35 инструкций. В этой работе описано создание датчика движения на основе модулей с пассивным ИК датчиком. Есть много моделей модулей с PIR датчиком от разных производителей, но в основе у них лежит один принцип. Они имеют один выход, который дает сигнал низкого или высокого уровня (в зависимости от модели) при обнаружении движения. В моем проекте микроконтроллер PIC12F635 постоянно следит за логическим уровнем на выходе модуля с датчиком и включает зуммер, когда он высокий.

1. Анализ задания

В настоящее время мы наблюдаем тенденции сокращения энергопотребления во многих сферах жизнедеятельности. Вопросы экономии энергии все чаще поднимаются на уровне правительства и нередко решаются путем наложения санкций на энергозатратные устройства и принятием законов, обязывающих использовать системы учета энергии ресурсов. Таким образом, при выборе элементной базы для разрабатываемого устройства энергоэкономичность все чаще становится определяющим фактором. Все это как нельзя лучше проявляется в системах освещения.

Некоторые кристаллические материалы обладают свойством генерировать поверхностный электрический заряд при контакте с тепловым ИК излучением. Это явление известно как пироэлектричество. Пассивные модули с ИК датчиком работают на основе этого принципа. Тело человека излучает тепло в виде ИК излучения с максимальной длиной волны около 9,4 мкм. Появление человека создает внезапные изменения в ИК диапазоне окружающей среды, что воспринимается пироэлектрическим датчиком. Модуль с PIR датчиком имеет элементы которые усиливают сигнал для его соответствия логическим уровням. Перед началом работы датчику необходимо от 10 до 60 секунд для ознакомления с окружающей средой для дальнейшего нормального функционирования. В это время следует избегать движений в поле зрения датчика.

Пироэффект состоит в возникновеннии заряда в кристаллах под воздействием инфракрасного излучения. Конструкция пиродатчика, применяемого в детекторах движения, такова, что заряд возникает лишь в моменты относительно быстрого появления и исчезновения излучения, но если это излучение, не меняя интенсивности, присутствует на поверхности активной части пиродатчика, то электрический заряд на выходе практически отсутствует. В этом основное отличие пиродатчиков от датчиков использующих термоэлектронный эффект, у которых выходное напряжение изменяется пропорционально изменению температуры.

Рис. 1. Функциональная иллюстрация PIR-датчика.

Пироэлектрические датчики могут содержать сразу две чувствительные области, причем при воздействии на одну из областей напряжение на выходе датчика увеличивается, а при воздействии на вторую - уменьшается (Рис 1).

пироэлектрический датчик движение стабилизация

2. Принцип действия пироэлектрического датчика

Применение сдвоенного пироэлектрического датчика предоставляет возможность не только детектировать появление объекта инфракрасного излучения, но также и определять направление его движения. Кроме этого, при воздействии на обе области одновременно, выходной сигнал пироэлектрического датчика не меняется, то есть снижается вероятность ложных срабатываний (появление солнца из-за туч, изменение температуры в помещении). В свою очередь, применение датчика с одной чувствительной зоной позволяет по изменению среднего уровня выходного сигнала косвенно определить уровень освещенности в помещении.

Датчик движения/присутствия, основанный на пироэлектрическом принципе, отслеживает уровень инфракрасного излучения в поле зрения датчика. Сигнал на выходе пироэлектрического датчика зависит от уровня ИК-излучения. При появлении человека или другого объекта с температурой большей, чем температура фона, на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется линза Френеля, фокусирующая ИК-излучение на область чувствительности. При перемещении объекта, инфракрасное излучение от него улавливается и фокусируется разными сегментами линзы, что формирует несколько последовательных импульсов на выходе пироэлектрического датчика

Датчик действует на расстояние до 20 футов и не реагирует на естественные изменения окружающей среды, связанные с течение времени. При этом, датчик реагирует на любое резкое изменение окружающей среды(например появление человека). Модель с датчиком не следует размещать рядом с батареями, розетками и любыми другими предметами быстро меняющими свою температуру, т.к. это приведёт к ложному срабатыванию.

Модули с PIR датчиком обычно имеют 3 контакта : Vcc, Выход и GND. Он может работать при напряжении питания от 5 до 12V и имеет свой собственный всторенный стабилизатор напряжения. При наличии движения на выходе датчика появляется высокий логический уровень. Также он имеет 3х контактный джампер для установки режима работы. Боковые контакты имеют метки H и L.

Когда перемычка находится в положении H, при срабатывании датчика несколько раз подряд на его выходе остается высокий логический уровень. В положении L, на выходе при каждом срабатывании датчика появляется отдельный импульс. Передняя часть модуля имеет линзу Френеля для фокусировки ИК излучения на чувствительный элемент.

3. Схема и конструкция

Схема датчика движения довольно проста. Устройство работает от 4 AA батарей, которые дают 6V. На диоде, который используется как защита от неправильного подключения питания, напряжение падает до 5,4V. Возможно также использовать батареи 9V , но тогда нам необходим стабилизатор LM7805. Выход с модуля контролируется микроконтроллером PIC12F635 через порт GP5 (вывод 2). При движении на выходе датчика появляется напряжение около 3,3 V. Это напряжение распознаётся микроконтроллером как высокий логический уровень, но я предпочел использовать это напряжение для управления NPN транзистором BC547, коллектор которого подключил к микроконтроллеру. Когда транзистор закрыт, на его коллекторе высокий логический уровень (+5V). При движении на выходе модуля появляется высокий логический уровень который насыщает транзистор и напряжение на его коллекторе падает до низкого логического уровня. Перемычки на датчике находится в позиции H, так что выходной сигнал датчика будет оставаться высоким до тех пор, пока движение не прекратится. Микроконтроллер PIC12F635 использует внутренний тактовый генератор, работающий на частоте 4,0 МГц.

Светодиод VD1, подключенный к порту GP4 через токоограничивающий резистор мигает 3 раза при подключении питания. Пьезоэлектрический зуммер EFM-290ED подключенный к порту GP2 сообщает о наличии движения. Пьезоэлектрический зуммер дает максимально громкий звук на своей резонансной частоте. Зуммер имеет резонансную частоту 3,4 ± 0,5 кГц.

Рис. 2 Схема электрическая принципиальная.

Пироэлектрический датчик долго стабилизируется (типичное значение - около 5 с), поэтому он остается включенным все время, в то время как на транзистор может быть подано (с вывода микроконтроллера) непосредственно перед запуском АЦП микроконтроллера.

4. Структурная схема работы устройства

Рис. 3 Схема структурная.

5. Исходный код

Программа написана на С и скомпилирована в MikroC Pro для PIC. При подаче питания светодиод мигает три раза и это свидетельствует о успешном запуске. После этого микроконтроллер ждет 60 секунд до начала проверки значения на выходе с датчика. Это требуется для стабилизации датчика. Когда микроконтроллер определяет срабатывание датчика, он запускает пьезозуммер на частоте 3725Гц. MikroC имеет встроенную библиотеку для генерации звука (Sound_Play()). Зуммер издает звук до тех пор, пока датчик ощущает движение. Когда движение прекращается, логический уровень на выходе датчика изменяется, но зуммер не замолкает сразу, а еще в течение примерно 10 секунд издает звук на частоте 3570Гц. Если он обнаруживает движение снова, он опять запустится на частоте 3725 Гц. Этот проект использует внутренний генератор запущенный на частоте 4,0 МГц, MCLR и сторожевой таймер выключены.

/*

Project: PIR Motion Sensor Alarm (PIC12F635) // Название проекта

Piezo: EFM-290ED, 3.7 KHz connected at GP2 // Модель пьезозуммера

PIR sensor module in retriggering mode // PIR-датчик в режиме перезапуска

Internal Clock @ 4.0 MHz, MCLR Disabled, WDT OFF // Внутренняя частота генератора МК

*/

sbit Sensor_IP at GP5_bit; // PIR-датчик подключен к входу GP5

sbit LED at GP4_bit; // Светодиод подключен в входу GP4

unsigned short trigger, counter;

void Get_Delay(){ // Вводим задержку для проверки работоспособности системы.

Delay_ms(300); // Длительность 300 мс.

}

void main() {

CMCON0 = 7; // Инициализация подключенных входов

TRISIO = 0b00101000;

GPIO = 0;

Sound_Init(&GPIO,2);

// Светодиоды мерцают 3 раза, свидетельствуя о запуске.

LED = 1; // Включение светодиода

Get_Delay();

LED = 0; // Выключение светодиода

Get_Delay();

LED = 1;

Get_Delay();

LED = 0;

Get_Delay();

LED = 1;

Get_Delay();

LED = 0;

Delay_ms(60000); // Вводим задержку 45 сек для стабилизации PIR-датчика.

counter = 0;

trigger = 0;

do {

while (!Sensor_IP) { // Микроконтроллер определяет срабатывание датчика

Sound_Play(3725, 600); // Зуммер сигналит на частоте 3725 Гц.

Delay_ms(500); // За 500 мс происходит срабатывание устройство включения освещения.

trigger = 1;

counter = 0;

}

if (trigger) {

Sound_Play(3570, 600); // Если объект пропадает, то зуммер продолжает сообщать, но на частоте 3570 Гц.

Delay_ms(500); // Задержка 500 мс на переход.

counter = counter+1; // Счетчик прибавляет одно событие.

if(counter == 10) trigger=0; // Если событий больше 10, переключение состояния.

}

}while(1);

} // End main() // Конец программы.

Заключение

В настоящей работе мы рассмотрели один из основных принципов построения систем управления включением освещения. Пироэлектрический датчик является очень удобным средством в достижении целей экономии электроэнергии и управлением освещения без механического воздействия человека.

Также хочется отметить тот факт, что микроконтроллерная схемотехника являются неотъемлемой частью современного приборостроения и их дальнейшее развитие поможет максимально снизить затраты на энергопотребление, габаритность аппаратуры и стоимость продукции.

Список литературы

1. Кривецкий А.В. "Конспект Лекций", 2012.

2. http://cxem.net

3. http://www.wikipedia.org/.

4. Самоучитель по программированию PIC микроконтроллеров. Корабельников Е.А. 2008 г. + ПО

Размещено на Allbest.ru