Проектирование программного обеспечения системы обнаружения препятствий
Выбор соотношения между аппаратными и программными средствами, использование ультразвуковых датчиков. Функционально-модульная структура системы автоматического обнаружения препятствия. Выбор соотношения между аппаратными и программными средствами.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.05.2016 |
| Размер файла | 2,2 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ СИСТЕМЫ
- 1.1 Анализ задачи
- 2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
- 2.1 Разбиение системы на модули
- 2.2 Выбор соотношения между аппаратными и программными средствами
- 2.3 Построение структурной схемы аппаратной части системы и её описание
- 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ
- 3.1 Выбор типа микроконтроллера
- 3.2 Разработка принципиальной схемы системы
- 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
- ПРИЛОЖЕНИЕ А
- ПРИЛОЖЕНИЕ Б
- ВВЕДЕНИЕ
- Сегодняшний мир невозможно представить без автомобиля. Автомобили получили широкое распространение во всех сферах жизнедеятельности человека: начиная с гражданского транспорта и заканчивая практически всеми отраслями промышленности. Широкое распространение автомобильной техники вызвало за собой разработку ряда систем, упрощающих жизнь водителя и других участников дорожного движения. ультразвуковой датчик программный автоматический
- Одной из таких систем является система обнаружения препятствий «Парковочный радар», он же «Парктроник», либо акустический парковочный радар. Он представляет собой вспомогательную систему, опционально устанавливаемую на автомобилях, и, работая по принципу «сонара», значительно упрощающую парковку и маневрирование автомобиля в условиях современных автомобильных дорог.
- Система использует ультразвуковые датчики, врезанные в переднем и заднем бамперах для измерения дистанции к ближайшим объектам по отражённому от них ультразвуку. Система издаёт прерывистый предупреждающий звук либо, в некоторых вариантах исполнения, световой сигнал для индикации того, как далеко находится машина от препятствия и информировании водителя о наличии такового на пути движения автомобиля. В зависимости от конкретного типа транспортного средства, системы обнаружения препятствий могут быть выполнены в различных модификациях( в зависимости от расположения на транспортном средстве). Также их можно классифицировать по способу информирования водителя о наличии препятствия, данные системы могут быть:
· с применением звукового оповещения;
· с применением световой индикации;
· с применением индикации посредствам ЖК-дисплея.
В состав системы входят:
· электронный блок;
· ультразвуковые датчики-излучатели;
· устройства индикации и звукового оповещения.
Система работает по принципу эхолота. Датчик-излучатель генерирует ультразвуковой (порядка 40 кГц) импульс и затем воспринимает отражённый окружающими объектами сигнал. Электронный блок измеряет время, прошедшее между излучением и приёмом отражённого сигнала, и, принимая скорость звука в воздухе за константу, вычисляет расстояние до объекта. Таким образом поочерёдно опрашиваются несколько датчиков и на основании полученных сведений выводится информация на устройство индикации и, при необходимости, подаются предупреждающие сигналы с использованием устройства звукового оповещения. Когда расстояние до препятствия сокращается, предупреждающий сигнал увеличивает частоту. Первые звуки он издаёт при приближении к препятствию на 1-2 метра, а при опасном сближении с препятствием (10-40 см, в зависимости от модели) информирующий сигнал становится непрерывным. В некоторых моделях система может быть отключена, например, для использования на бездорожье. Как правило, система с задними датчиками автоматически включается вместе с задней передачей (например, электропитание может подаваться от цепи фонаря заднего хода). В системах с датчиками в переднем бампере (также называемыми угловыми датчиками, corner sensors) включение происходит при низкой скорости движения. Хотя система призвана помогать автолюбителю, полностью полагаться на неё нельзя. Независимо от наличия системы, водитель обязан визуально проверять отсутствие каких-либо препятствий перед началом движения в любом направлении. Некоторые объекты не могут быть обнаружены парковочным радаром в силу физических принципов работы, а некоторые -- могут вызвать ложные срабатывания системы. Парковочный радар может выдавать ложные сигналы в следующих случаях:
· Наличие льда, снега или других загрязнений на датчике;
· Нахождение на дороге с неровной поверхностью, грунтовым покрытием, с уклоном;
· Движение по пересеченной местности;
· Наличие источников повышенного шума в пределах радиуса действия датчика;
· Работа в условиях сильного дождя или снегопада;
· Работа радиопередающих устройств в пределах радиуса действия датчика;
· Парковка в стесненных условиях (эффект эха).
Система может не среагировать на следующие предметы:
· Острые или тонкие предметы, например, цепи, тросы, тонкие столбики;
· Предметы, поглощающие ультразвуковое излучение (одежда, пористые материалы, снег);
· Предметы высотой менее 1 метра;
· Объекты, отражающие звук в сторону от датчиков.
Системы обнаружения препятствий весьма полезны. Их наличие в автомобиле освобождает водителя от необходимости постоянного осмотра пространства на пути движения автомобиля и помогает осуществлять контроль слепых зон.
Для реализации данных систем применяются микроконтроллеры, обладающие гибким функционалом, низким энергопотреблением, высокой производительностью и скоростью работы.
В целом можно сформулировать основные задачи, которые должна выполнять система автоматического контроля препятствий:
1) система должна обнаруживать препятствия в направлении движения автомобиля;
2) при появлении препятствия на пути движения автомобиля система должна информировать об этом водителя;
3) система должна информировать водителя о критическом (установленном программно) сокращении расстояния до препятствия.
1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ СИСТЕМЫ
1.1 Анализ задачи
Функциональная спецификация определяет, какие функции должны выполняться для удовлетворения требований пользователя и обеспечения интерфейса между системой и окружением. По отношению к требованиям пользователя системы автоматического определения препятствий спецификация должна давать ответы на следующие вопросы:
1) Какие средства необходимы для управления системой?
2) Какие средства необходимы для обнаружения препятствия на пути движения автомобиля?
3) Какие средства необходимы для информирования водителя о наличии препятствия на пути движения автомобиля?
Для составления функциональной спецификации системы автоматического обнаружения препятствий зададимся ответим на данные вопросы.
1) Для управления системой будет использоваться микроконтроллер семейства AVR. Подачу питающего напряжения к системе примем автоматическую, не требующую включения от водителя. Например, система будет активизироваться при включении задней передачи автомобиля (например, электропитание может подаваться от цепи фонаря заднего хода) .
2) Для обнаружения препятствия на пути движения автомобиля в таких системах обычно использую ультразвуковой дальномер. Датчик излучает короткий ультразвуковой импульс, который отражается от объекта и принимается сенсором. Расстояние рассчитывается исходя из времени до получения эха и скорости звука в воздухе. Сенсор получает сигнал эха, и выдаёт расстояние, которое кодируется длительностью электрического сигнал на выходе датчика (Echo). Следующий импульс может быть излучён, только после исчезновения эха от предыдущего.
3) Для информирования водителя о наличии препятствия можно использовать различные способы индикации. Например, использовать световую, либо звуковую сигнализации о наличии препятствия. Это можно осуществить с помощью зуммера, для случая звуковой сигнализации, либо обыкновенные светодиоды, в случае световой сигнализации.
1.2 Функциональная спецификация системы
Функциональная спецификация системы автоматического обнаружения препятствий:
1. Входы.
1.1 Датчик расстояния.
2. Выходы.
2.1 Световая сигнализация зеленого цвета.
2.2 Световая сигнализация красного цвета.
3. Функции.
3.1 Включение и выключение системы путем подачи питающего напряжения. Включение заключается в инициализации процесса постоянного излучения коротких ультразвуковых импульсов и получении «эхо-сагналов» этих импульсов.
3.2 Инициализация первичного информирующего сигнала, о наличии препятствия в зоне обнаружения датчика.
3.3 Инициализация вторичного информирующего сигнала, о сокращении расстояния между препятствием и датчиком до критического уровня(установленного программно).
2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
2.1 Разбиение системы на модули
Прежде чем начинать детальное проектирование, произведём разбиение системы на набор модулей, реализующих системные функции.
Для реализации системных функций часть операций будут реализованы при помощи аппаратных средств, а часть при помощи программных средств. Выделим основные программные модули необходимые для реализации «функций» функциональной спецификации системы автоматического обнаружения препятствий.
1) Исполнительный модуль. Модуль микроконтроллера.
2) Входной модуль (модуль детектора). Выполняет генерацию сканирующего ультразвукового сигнала, прием отраженного «эхо-сигнала», и выдачу данных о расстоянии в исполнительный модуль.
3) Выходной модуль (модуль индикации). Выполняет информирование водителя, о наличии препятствия на пути движения автомобиля.
Функционально-модульной структура системы обнаружения препятствий для автомобиля примет следующий вид:
Рисунок 2.1 - Функционально-модульная структура системы автоматического обнаружения препятствия
Рассмотрим, как распределяются функции по модулям системы автоматического ленточного конвейера.
1) Исполнительный модуль состоит из единственной управляющей функции.
2) Входной модуль:
- генерация ультразвукового сигнала;
- прием отраженного «эхо-сигнала»;
- выдача информации в исполнительный модуль.
3)Выходной модуль:
- первичная сигнализация(о наличии препятствия на пути движения автомобиля);
- вторичная сигнализация ( о сокращении расстояния между препятствиес и датчиком до критического уровня).
2.2 Выбор соотношения между аппаратными и программными средствами
Для упрощения и ускорения процесса проектирования, будем использовать две независимые аппаратные платформы, каждая из которых будет реализовывать часть функций системы. Всю систему разделим на две подсистемы:
1) Детектор.
2) Индикатор.
Детектором будем называть те аппаратные и программные средства, которые будут заниматься генерированием ультразвукового сигнала в пространство, прием отраженного «эхо сигнала» и выдачу информации на микроконтроллер.
Под индикатором будем понимать те аппаратные и программные средства, которые будут заниматься обработкой полученной от детектора информацией и выводом информирующих сигналов на устройство индикации.
Связь двух систем осуществляется посредством сигнала, генерируемого подсистемой детектора, а принимаемого системой индикатора.
2.3 Построение структурной схемы аппаратной части системы и её описание
Для наглядного представления работы системы автоматического обнаружения препятствий построим структурную схему аппаратной части системы. На рисунке 2.7 приведена структурная схема аппаратной части системы автоматического ленточного конвейера.
МП - микропроцессор, обрабатывающий данные полученные от У/З дальномера и выдачу информирующих сигналов на индикаторы.
У/З дальномер - датчик, осуществляющий сканирование пространства на предмет препятствий, путем генерации короткого ультразвукового импульса и прием отраженного «эхо-сагнала».
Индикаторы - светодиоды, служащие для индикации водителя о наличии препятствия.
Рисунок 2.2 - Структурная схема аппаратной части системы автоматического обнаружения препятствий.
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ
3.1 Выбор типа микроконтроллера
Микропроцессор - процессор, реализованный в виде одной или нескольких микросхем. Он отвечает за выполнение арифметических, логических операций и операций управления, записанных в машинном коде. В свою очередь, микроконтроллер - это микросхема, которая предназначена для управления электронными устройствами. В отличие от обычных компьютерных микропроцессоров, в микроконтроллерах часто используется гарвардская архитектура памяти, то есть раздельное хранение данных и команд в ОЗУ и ПЗУ соответственно. Кроме ОЗУ, микроконтроллер может иметь встроенную энергонезависимую память для хранения программы и данных. В отличие от микропроцессоров, используемых в персональных компьютерах, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства. Эти устройства выполняют свои задачи под управлением микропроцессорного ядра микроконтроллера. К наиболее распространенным встроенным устройствам относятся устройства памяти и порты ввода/вывода (I/O), интерфейсы связи, таймеры, системные часы. Устройства памяти включают оперативную память (RAM), постоянные запоминающие устройства (ROM), перепрограммируемую ROM (EPROM), электрически перепрограммируемую ROM (EEPROM). Таймеры включают и часы реального времени, и таймеры прерываний. Средства I/O включают последовательные порты связи, параллельные порты (I/O линии), аналого-цифровые преобразователи (A/D), цифроаналоговые преобразователи (D/A), драйверы жидкокристаллического дисплея (LCD) или драйверы вакуумного флуоресцентного дисплея (VFD). Встроенные устройства обладают повышенной надежностью, поскольку они не требуют никаких внешних электрических цепей. В микроконтроллерах могут присутствовать такие периферийные устройства, как ШИМ, компараторы, АЦП, ЦАП, тактовый генератор, сторожевой таймер.
Такие компании как Atmel Corporation и Microchip Technology Inc. являются крупными производителями микроэлектроники в спектр продукции которых входят 8-ми разрядные микроконтроллеры семейства AVR и PIC соответственно.
Для того, чтобы обеспечить высокую скорость срабатывания системы, необходимо обеспечить соответствующую скорость опроса детектора микроконтроллером.
Так же необходимо учесть, что микроконтроллер должен обладать как минимум тремя линиями ввода/вывода. С учетом того, что данная система будет устанавливаться на автомобиль, то следует учесть габариты. Свободное место в современном автомобиле весьма ограничено так как существует много других систем устанавливаемых на нем. По этим же причинам необходимо учесть и низкое токопотребление. Следует отметить источник питания. Уровень питающего напряжения не должен превышать 12В, так как автомобиль работает от аккумуляторной батареи, с выходным напряжением 12В. Превышение этого уровня повлечет за собой необходимость расчета трансформатора, что приведет к увеличению габаритов системы. Так же микропроцессор должен быть максимально дешёвым, чтобы максимально сократить экономические затраты производства системы. Таким образом можно выделить основные требования к микроконтроллеру:
· Тактовая частота ~10 МГц и наличие, как минимум 3-х линий ввода-вывода;
· Минимальный размер микроконтроллера;
· Низкое токопотребление;
· Уровень питающего напряжения микроконтроллера не должен превышать 12В;
· Максимально низкая цена микроконтроллера.
Всем этим требования удовлетворяет микроконтроллер компании Atmel Corporation ATtiny 13.
Данный микроконтроллер имеет тактовую частоту до 20 МГц и обладает необходимым нам количеством выводов. Он является самым миниатюрным микроконтроллером в семействе AVR. Имеет минимальное токопотребление и напряжение питания в диапазоне от 2.7 до 5.5 вольт, что полностью удовлетворяет нашим требованиям по уровню питающего напряжения. Так же микроконтроллер ATtiny13 является самым дешевым в семействе AVR.
Назначения выводов микроконтроллера ATtiny13 приведены на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Назначения выводов микроконтроллера ATtiny13.
Выбор данного микроконтроллера для построения системы автоматического обнаружения препятствий будет наиболее правильным решением, так как он полностью удовлетворяет требованиям. Так же данная система не требует больших вычислительных операций и выбор более мощного микроконтроллера будет нерациональным решением.
3.2 Разработка принципиальной схемы системы
Разработку принципиальной схемы будем вести по блокам структурной схемы. Таким образом разработка принципиальной схемы разобьется на несколько этапов с детализированным описанием каждого из блоков разрабатываемой системы.
Источник питания.
Сегодня большинство легковых машин имеют бортовое напряжение питания 12В, а грузовые 24В. Так как наша система разрабатывается, для использования на легковом автомобиле, то нашей задачей будет стабилизация напряжения на уровне 5В. Идеальным решением для этой цели будет использование стабилизатора напряжения 78L05. 78L05 - простейший стабилизатор положительного фиксированного напряжения 5 вольт в корпусе с тремя выводами для широкого применения. Этот стабилизатор рассчитан на нагрузку в 100mA. Само собой имеется защита от превышения тока нагрузки, защита от перегрева. Стабилизаторы в этом исполнении рассчитаны на применение в слаботочных электрических цепях, поэтому установка корпуса TO-92 на радиатор не предусмотрена. Напряжение на входе также около 10 вольт.
Таким образом, при питании от бортовой системы питания автомобиля, с помощью стабилизатора 78L05 получим требуемое, для питания нашей схемы, напряжение 5В.
Типовая схема включения простейшего стабилизатора 78L05 представлена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Схема включения стабилизатора напряжения 78L05.
Взяв за основу типовую схему включения стабилизатора разработаем схему источника питания.
Схема источника питания показана на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Схема источника питания системы автоматического определения препятствий для автомобиля
Источник питания построен на основе стабилизатора 78L05, конденсаторы С1 и С2 имеют номиналы 0,33 мкФ и 0,1 мкФ соответственно.
Таким образом видно, что задача об обеспечении системы обнаружения препятствий питающим напряжением решена. Бортовое напряжение автомобиля 12В стабилизировано на уровне 5В. Он обеспечит питание микроконтроллера, датчика и индикаторов.
Блок микроконтроллера.
Блок микроконтроллера будет отвечать за опрос датчика, обработку выданных датчиком данных о расстоянии до объекта и, в случае обнаружения объекта в зоне сканирования датчика, выдачу сигнала на диод первичной сигнализации, а при сокращении расстояния до объекта до критического уровня - выдачу сигнала на диод вторичной сигнализации.
Микроконтроллер ATtiny 13 работает в диапазоне питающих напряжений 2.7 - 5.5В с частотой до 20МГц. В нашем случае, с помощью, источника питания, построенного на основе стабилизатора 78L05, установлено питание схемы на уровне 5В. Это обеспечит бесперебойную работу микроконтроллера. Схема включения микроконтроллера представлена на рисунке 3.4.
Рисунок 3.4 - Схема включения микроконтроллера ATtiny13.
Микроконтроллер является единственным элементом данного блока.
Блок датчика.
Блок датчик состоит из единственного элемента - ультразвукового датчика HC-SR04. Он преобразовывает электрическую энергию в ультразвуковые волны (механические вибрации с частотой свыше 20 кГц). Принимая скорость звука за постоянную величину, с помощью ультразвукового датчика определяется и расстояние до объекта, которое соответствует интервалу времени между отправкой сигнала и возвращением его эха. Сенсор получает сигнал эха, и выдаёт расстояние, которое кодируется длительностью электрического сигнал на выходе датчика (Echo).
Следующий импульс может быть излучён, только после исчезновения эха от предыдущего.
Если на сигнальный пин (Trig) подаётся импульс длительностью 10 мкс, то ультразвуковой модуль будет излучать восемь пачек ультразвукового сигнала с частотой 40кГц и обнаруживать их эхо. Измеренное расстояние до объекта пропорционально ширине эха (Echo) и может быть рассчитано по формуле, приведённой на графике выше.
Основу ультразвукового датчика составляет преобразователь, объединяющий активный элемент и диафрагму. Преобразователь работает как передатчик и как приемник. Активный элемент генерирует короткий импульс и принимает его эхо от препятствия. Он изготавливается из пьезоэлектрического материала. Алюминиевая диафрагма является контактной поверхностью датчика и определяет его акустические характеристики. Преобразователь имеет упругое основание, поглощающее вибрации. Все элементы ультразвукового датчика помещены на плату с разъемами для подключения.
Основными техническими характеристиками ультразвукового датчика являются дальность обнаружения препятствия, частота сигнала, быстродействие (скорость определения препятствия). Современные парковочные датчики имеют дальность обнаружения до 2,5 м, частоту сигнала 40 кГц и быстродействие порядка 0,1 с. Ультразвуковые датчики в системе автоматической парковки, системе помощи при перестроении имеют дальность действия до 4,5 м.
Рассмотрим ультразвуковой датчик измерения расстояния HC-SR04. Напряжение питания, необходимое для работы нашего датчика - 5В, что идеально подходит под уровень питающего напряжения нашей схема. Диапазон измерения расстояния - от 2 до 400 см и эффективный угол 22,5°. Выбор данного датчика будет являться правильным решением, так как по всем показателям он идеально подходит .
Рисунок 3.4 - Схема включения датчика HC-SR04
Как видно из рисунка 3.4 датчик имеет 4 вывода:
· Питание(VCC)
· Опрос(Trig)
· Ответ(Echo)
· Вывод на массу(GND)
Питание датчика осуществляется от общего источника питания через вход VCC. Микроконтроллер будет опрашивать датчик через вывод Trig. При обнаружении датчиком препятствия, информация о расстоянии до него будет выдана микроконтроллеру через вывод Echo. Диапазон измеряемого расстояния в 2-400 см обеспечивает большую площадь зоны обнаружения датчика. В свою очередь эффективный угол в 22.5° так же является преимуществом, так как датчик не будет реагировать на боковые предметы, не находящиеся на пути движения автомобиля, но по каким-либо причинам попавшие в зону обнаружения(диаграмму направленности датчика) датчика, это избавит разрабатываемую систему автоматического обнаружения препятствий от ложного срабатывания, вводящего водителя в заблуждение. Он имеет малые габариты и с легкостью может быть встроен в бампер автомобиля. Так же следует отметить низкую стоимость и широкую доступность данного датчика.
Блок индикации.
Блок индикации в системе служит для информирования водителя о наличии препятствия на пути движения автомобиля. В нашей системе будем использовать двухступенчатую программу сигнализации. Для этого будем использовать 2 светодиода.
Информирование водителя о наличии препятствия будет осуществляться в 2 этапа с помощью двух светодиодов. Первичная сигнализация (LED1 SSL-LXA227GD-5V) заключается в подаче питания на диод, информирующий водителя о появлении препятствия в зоне обнаружения датчика. Вторичная заключается в подаче питания на второй светодиод(LED2 SSL-LXA227ID-5V), информирующий водителя о критичности расстояния между датчиком и препятствием.
Использование светодиодов является простейшим решением, однако, требуется ограничение тока диодов из-за возможности их выгорания. Для ограничения токов включим в цепь каждого диода ограничивающий резистор. Диоды могут питаться выходным напряжением микроконтроллера, и поэтому не требуют включения в цепь питающих напряжений.
Схема включения индикаторов представлена на рисунке 3.5
Рисунок 3.5 - Схема включения блока индикации.
Номинал резисторов выберем из отношения напряжения питания (выходное напряжение выхода МК при логической единице) 5В и максимального допустимого тока через выход МК 20 мА. Получим, что
Ом (3.2.1)
Для обеспечения запаса, из стандартного ряда номиналов радиодеталей выбираем значение номинала больше рассчитанного, а именно 270 Ом. При сопротивлении резисторов 270 Ом, ток через резистор при пробитом диоде составит
мА , (3.2.2)
что меньше максимально допустимого тока 20 мА. С учётом падения напряжения на диоде, ток через диод будет равен
мА (3.2.2)
Завершением аппаратного проектирования является сама схема, представленная на рисунке 3.6. Схема была нарисована в программе SPlan.
Рисунок 3.6 - Схема принципиальная.
Описание работы устройства по принципиальной схеме.
Схема питается от бортовой сети автомобиля 12В. Включение системы осуществляется автоматически, путем подачи на источник питания напряжения. Стабилизатор 78L05 ограничивает напряжение на уровне 5В. Это напряжение поступает на микроконтроллер ATtiny13 и ультразвуковой датчик, обеспечивая их работу. Включение диодов в цепь питания не требуется, так как уровня выходного напряжения микроконтроллера достаточно что бы обеспечить их работу. Микроконтроллер ATtiny13 опрашивает датчик, посылая на него сигнал из PB1 порта микроконтроллера в вывод Trig датчика. Ультразвуковой датчик сканирует пространство, посылая короткие ультразвуковые волны и принимая отраженные «эхо-сигналы». Информация о расстоянии до препятствия выдается с вывода Echo датчика на порт PB0 микроконтроллера. При появлении препятствия в зоне обнаружения датчика датчик посылает информацию о расстоянии до него в микроконтроллер подает напряжение на порт PB2 и загорается светодиод первичной сигнализации. При дальнейшем сокращении расстояния до препятствия, по достижении некого критического уровня, микроконтроллером выдается питание на порт PB3 и загорается второй сигнальный светодиод.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
4.1 Разработка схемы алгоритма работы системы
Проектирование прикладного программного обеспечения микропроцессорной системы состоит из двух основных этапов:
1) разработку алгоритма системы;
2) разработку прикладной программы.
Первый этап обычно включает в себя следующие основные моменты:
· разработка общего алгоритма работы системы;
· разбиение алгоритма на блоки;
· проработка отдельных процедур;
· создание обобщенной блок-схемы алгоритма работы;
Так как алгоритм является точно определенной процедурой, предписывающей МК однозначно определённые действия по преобразованию исходных данных в обработанные выходные данные, то разработка блок-схем алгоритмов требует предельной точности и однозначности. При выполнении прикладной программы в МК управление однозначно передаётся от одного функционального модуля к другому. Схема связностей этих функциональных модулей, каждый из которых реализует некоторую процедуру, образует общую блок-схему алгоритма прикладной программы.
Программные модули должны иметь только одну точку входа и одну точку выхода. Только в этом случае отдельные модули можно разрабатывать и отлаживать независимо, а затем объединять в законченную прикладную программу с минимальными проблемами их взаимосвязей.
При разработке блок-схем алгоритмов будем придерживаться следующей последовательности действий:
1) определим, что должен делать модуль;
2) определим способы получения модулем исходных данных;
3) определим необходимость предварительной обработки введённых исходных данных;
4) определим способ преобразования входных данных в требуемые выходные данные;
5) определим способы выдачи из модуля обработанных данных;
6) определим необходимость постобработки выводимых данных;
7) проверим работоспособность алгоритма на бумаге.
8) выявить критичные точки работы алгоритма и выяснить в каких случаях алгоритм может дать сбой в работе.
Второй этап подразумевает под собой написание кода программы.
Написание кода программы является ключевым этапом программного проектирования, при этом необходимо учесть ряд факторов влияющих на выбор языка программирования. В целом язык программирования должен отвечать следующим пунктам.:
1. Язык программирования может реализовать все нужно разработать в соответствии с какой-то целью.
2. Язык программирования максимально соответствует окружению разработки, чтобы в нужном случае можно было использовать исходный код проекта.
3. Язык программирования имеет хорошую инструментальную поддержку, т.е. различные дополнительные библиотеки расширения, среда разработки, и т.д.
4. Распространение и популярность. А именно, учебные пособия, различные форумы и др. куда можно обратится за помощью в случае возникновения трудностей с разработкой ПО.
Блок схема алгоритма работы .
Рисунок 4.1 - Блок-схема алгоритма работы
Описание алгоритма работы по блок схеме.
При подаче питания на микроконтроллер первым делом инициализируются порты подключения датчика и светодиодов. Следующим шагом является опрос ультразвукового датчика расстояния. Датчик выдает данные, которые обрабатываются микроконтроллером и проверяется первое условие «появилось ли препятствие на пути движения автомобиля». Если условие не выполняется, продолжается опрос датчика и обработка выдаваемых им данных. Если же условие выполняется, то микроконтроллер подает питание на первый светодиод, служащий для первичной сигнализации и информирующий водителя о наличии препятствия на пути движения.
Далее проверяется на совпадение второе условие «о критичности расстояния». Если расстояние до объекта сократилось до критичного(т.е. условие выполняется), то подаётся сигнал на светодиод вторичной сигнализации, информирующий водителя о критично малом расстоянии до объекта. Если условие не выполняется , то проверяется на совпадение третье условие.
Третье условие «объект еще находится в поле обнаружения?». Если условие выполнилось, то возвращаемся к условию 2. Если условие не выполнилось, то отключается питание светодиода первичной сигнализации и начинается повторная обработка данных, выданных датчиком расстояния.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте в соответствии с техническим заданием разработана система автоматического обнаружения препятствий для автомобиля. Итоговая система получила двухступенчатую световую сигнализацию о препятствии.
Система полностью удовлетворяет требованиям ТЗ и выполняет задачи, поставленные перед началом проектирования.
В проекте произведено моделирование спроектированной системы на ЭВМ в среде САПР PROTEUS.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
[1] Atmel [Электронный ресурс].-Спецификация МК ATtiny13, 44, 84. -Режим доступа:http://www.atmel.com/Images/doc8006.pdf.
[2] В. П. Передерий - Устройство автомобиля, Москва 2008 - 288с.
[3] М Балдев, В.Раджендран, П. Паланичами
Мир физики и техники. Применения ультразвука.., Техносфера, 2006 - 246с.
[4] Arduinos[Электронный ресурс]. - Документация по У/З датчику HC-SR04. - Режим доступа: http://arduinos.by/hc-sr04
[5] Википедия[Электронный ресурс] - Парковочный радар -
Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Парковочный_радар
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Код программы на языке ассемблера для микроконтроллеров Attiny13
.device ATtiny13
.include "tn13def.inc"
.list
.def w=r16
.def T_Cr=r17
.def C_imp=r18
.def N_bit=r19
.def B1=r20
.def B2=r21
.def B3=r22
.def B4=r23
;--
.equ Cr1=12
.equ Cr0=64
.equ Th=239
.equ Tl1=199
.equ Tl0=231
.equ Tsl=213
.equ Tsh=172
.equ MP=10
.cseg
.org 0
rjmp Init
reti
reti
rjmp Timer
reti
reti
reti
reti
reti
reti
Init: ldi w,RAMEND
out SPL,w
sbi ACSR,7
ldi w,0b00001000
out DDRB,w
ldi w,0b11110111
out PORTB,w
Scan: sbis PINB,0
rjmp Form_
rjmp Scan
Form_Com:
ldi r20, 0xff
ldi r21, 0xff
ldi r22, 0xff
ldi r23, 0xff
ldi r24, 0xff
ldi r25, 0xff
ldi r26, 0xff
ldi r27, 0xff
ldi r28, 0x00
clr C_imp
ldi w,Tsh
out TCNT0,w
ldi w,0b00000001
out GTCCR,w
ldi w,0b00000101
out TCCR0B,w
ldi w,0b00000010
out TIMSK0,w
sei
Hlevel:
ldi T_Cr,Cr1
sbi PORTB,3
Cr1_Y:
dec T_Cr
brne Cr1_Y
cbi PORTB,3
ldi T_Cr,Cr0
Cr0_Y:
dec T_Cr
brne Cr0_Y
rjmp Hlevel
Llevel:
nop
rjmp Llevel
Timer:
cbi PORTB,3
pop w
pop w
ldi w,0b00000000
out TCCR0B,w
brts ETransf
tst C_imp
breq Send_Start0
sbrc C_imp,0
rjmp Send_HL
ldi w,138
cpse C_imp,w
rjmp Send_LL
set
ldi C_imp,MP
ETransf:
dec C_imp
breq EPause
clr w
out TCNT0,w
ldi w,0b00000101
out TCCR0B,w
sei
rjmp Llevel
EPause:
clt
rjmp Scan
Send_LL:
ld w,X
and w,N_bit
brne Send_L1
Send_L0:
ldi w,Tl0
out TCNT0,w
rjmp Next
Send_L1:
ldi w,Tl1
out TCNT0,w
Next: inc C_imp
clc
rol N_bit
brcc Next2
rol N_bit
inc XL
Next2:
ldi w,0b00000100
out TCCR0B,w
sei
rjmp Llevel
Send_HL:
inc C_imp
ldi w,Th
out TCNT0,w
ldi w,0b00000100
out TCCR0B,w
sei
rjmp Hlevel
Send_Start0:
inc C_imp
clr N_bit
sbr N_bit,0b00000001
ldi XL,0x14
ldi w,Tsl
out TCNT0,w
ldi w,0b00000101
out TCCR0B,w
sei
rjmp Llevel
;----------------------------------------------------------
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Моделирование работы микроконтроллера в программной среде Proteus
Проверку работоспособности схемы произведем в САПР Proteus.
Из-за отсутствия библиотеки на датчик HC-SR04 была сделана схема замещения. Суть работы схемы заключается в имитации изменения расстояния до объекта путем изменения сопротивления подстроечного резистора и тем самым потенциалов на входах устройства, имитирующего работу датчика. Схема системы в САПР Proteus представлена на рисунке 5.3.
Работа системы индикации представлена на рисунках 5.1. и 5.2.
Рисунок 5.1 - Первичная сигнализация.
Рисунок 5.2- Вторичная сигнализация.
Рисунок 5.3- Схема системы
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Создание системы, осуществляющей запуск программы по расписанию, которое хранится в реестре. Методы и средства взаимодействия с аппаратными и программными средствами, типы интерфейсов. Алгоритм работы и листинг программы, проверка ее работоспособности.
курсовая работа [78,6 K], добавлен 13.11.2009Обобщенная модель процесса обнаружения атак. Обоснование и выбор контролируемых параметров и программного обеспечения для разработки системы обнаружения атак. Основные угрозы и уязвимые места. Использование системы обнаружения атак в коммутируемых сетях.
дипломная работа [7,7 M], добавлен 21.06.2011Функционально-модульная структура программного обеспечения контроллера домофона. Электронная схема электронного замка, модуля микрофона и динамика. Выбор комбинированного источника питания. Разработка программного модуля. Программа управления домофоном.
курсовая работа [484,7 K], добавлен 29.03.2017Проектирование информационной системы программными средствами AllFusion Process Modeler и AllFusion Erwin Data Modeler. Диаграмма потоков данных DFD. Проектирование информационной системы с использованием UML, RationalRose. Модель вариантов использования.
курсовая работа [604,1 K], добавлен 17.12.2015Понятие операционной системы (ОС) как базового комплекса компьютерных программ для управления аппаратными средствами компьютера и работы с файлами. Файловые системы и их основные функции. Способы именования файлов при создании диска, совместимость с ОС.
контрольная работа [36,8 K], добавлен 20.11.2009Выбор языка и среды программирования, его обоснование. Методика и этапы реализации заданной игрой программными средствами. Принципы разработки пояснительной записки для описания функциональных возможностей разработанного программного приложения.
курсовая работа [354,8 K], добавлен 02.03.2014Конечная цель любой компьютерной программы – управление аппаратными средствами. Пирамидальная конструкция уровней ПО. Характеристика базового, системного и служебного уровней. Системное, прикладное, инструментальное и сервисное программное обеспечение.
контрольная работа [27,7 K], добавлен 03.01.2011Преимущества Delphi по сравнению с аналогичными программными продуктами. Особенности разработки системы автоматического заполнения анкеты в формате MS Word. Разработка программного обеспечения. Процедуры пользовательского интерфейса. Листинг программы.
курсовая работа [465,1 K], добавлен 22.01.2014Изучение информационных систем, регламентирующих организацию делопроизводства. Разработка предложений по совершенствованию работы с программными и техническими средствами. Приложение учета рекламных конструкций для департаментов архитектуры города.
отчет по практике [1,4 M], добавлен 12.04.2016Компьютерные программы, обеспечивающие управление аппаратными средствами компьютера. Операционные системы Microsoft Corporation. Прикладные программы, утилиты. Простейшие функции операционной системы. Линейка Microsoft Windows для домашнего использования.
презентация [947,8 K], добавлен 01.10.2012Проектирование корпоративных информационных систем. Автоматизация процесса выполнения лабораторных работ по дисциплине "Управление программными проектами". Построение модели ИС учебного процесса: архитектура, формализация пользовательских требований.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 20.08.2017Осуществление связи между программными средствами NI MultiSim и NI LabVIEW с помощью дополнения Multisim Automation. Правила пользования инструментами добавления. Модель лабораторного виртуального аналога радиоэлектронного устройства и его тестирование.
лабораторная работа [888,7 K], добавлен 09.01.2011Конечная цель любой компьютерной программы - управление аппаратными средствами. Ядро операционной системы компьютера: программное обеспечение системного уровня. Компьютерные сети и их назначение. Основы функционирования Интернета и его основных служб.
реферат [44,0 K], добавлен 07.12.2011Изучение математического описания дискретных детерминированных сигналов и овладеть программными средствами их моделирования в MatLab. Взаимосвязь между дискретным и дискретным нормированным временем. Линейная комбинация дискретных гармонических сигналов.
лабораторная работа [1,6 M], добавлен 16.10.2021Анализ локально-вычислительной сети компании. Выбор общего программного обеспечения, обеспечения для инженерного отдела, бухгалтерии, сервера. Состав программного обеспечения вычислительной системы и его конфигурация. Сетевые операционные системы.
курсовая работа [405,4 K], добавлен 08.02.2016Системные требования – совокупность характеристик компьютерного обеспечения, необходимых для функционирования программного продукта. Операционные системы семейства Microsoft Windows и UNIX-подобные ОС, проблема совместимости с аппаратными компонентами.
контрольная работа [2,5 M], добавлен 22.04.2011Понятие операционной системы как базового комплекса компьютерных программ, обеспечивающего управление аппаратными средствами компьютера, работу с файлами, ввод и вывод данных, выполнение утилит. История развития операционных систем семейства Windows.
курсовая работа [54,3 K], добавлен 10.01.2012Знакомство с проблемами обнаружения вредоносного программного обеспечения для мобильных устройств. Анализ функций антивирусного пакета Kaspersky Mobile Security 8.0. Характеристика наиболее распространенных антивирусных программ для мобильных устройств.
реферат [55,1 K], добавлен 11.01.2017Реализация окна типа Replace в режиме ALMOBJ средствами SCADA-системы InTouch версии 10.5, функционирующей в демонстрационном режиме средствами SCADA-системы Wonderware InTouch. Принципы построения системы. Функциональность программного обеспечения.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 17.05.2016Ознакомление с основными средствами архивации данных, антивирусными программами, криптографическими и другими программными средствами защиты информации. Аппаратные ключи защиты, биометрические средства. Способы охороны информации при работе в сетях.
дипломная работа [2,4 M], добавлен 06.09.2014
