Разработка информационной системы предприятия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Автоматика и системы управления»

Пояснительная записка

к выпускной квалификационной работе бакалавра

Разработка информационной системы предприятия

Студент гр. 23 И А.А. Молчанов

Омск 2017

Реферат

Система оповещения, микроконтроллер, линия связи, приемник, передатчик, режим телеуправления, режим телесигнализации.

Предметом исследования является разработка системы оповещения на предприятии. Объектом исследования - процесс оповещения сотрудников предприятия.

Цель выпускной квалификационной работы - создать систему оповещения на предприятии.

В процессе работы проводились разработка компонентов системы, внедрение на предприятие.

Результатом выпускной квалификационной работы является разработанный проект по внедрению системы оповещения на предприятии.

Пояснительная записка выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2013, чертежи выполнены в пакете Microsoft Visio 2013, моделирование выполнено с помощью пакетов Multisim и Proteus презентация выпускной квалификационной работы выполнена с использованием Microsoft PowerPoint 2013.

Содержание

Введение

1. Схемы размещения систем оповещения и их анализ

1.1 Основные понятия

1.2 Общие сведения об оповещении

1.3 Разработка системы оповещения населения

1.4 Порядок задействования локальной системы оповещения

1.5 Обоснования выбора элементов системы

1.6 Характеристика защищаемого объекта

2. Разработка структурной схемы

2.1 Режим телеуправления и телесигнализации

2.2 Ресурсы микроконтроллера ATmega 8-16 PI

2.3 Характеристика интерфейса USB

2.4 Автоматизированное рабочее место

2.5 Структурная схема системы

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Разработка принципиальной схемы приемника

3.2 Разработка принципиальной схемы передатчика

4. Разработка управляющей программы

5. Установка системы на предприятии

5.1 Элементы внедряемой системы

5.2 Расчет количества необходимых элементов

6. Интерфейс

Заключение

Библиографический список

Приложение

Введение

Важнейшим условием для принятия мер при наступлении чрезвычайных ситуаций является своевременное оповещение сотрудников предприятия и людей, оказавшихся в непосредственной близости, о возникших стихийных бедствиях, крупных производственных авариях или катастрофах.

Системы оповещения, в большинстве своем, работающие в данный момент не удовлетворяют качествам, требуемым в современных реалиях. Система оповещения со временем приходит в негодность, устаревает, а в некоторых случаях просто демонтируется. Проблема даже шире, дело в том, что с современными технологиями такие системы можно сделать надежнее и удобнее в использовании и установке, но такими возможностями просто не пользуются.

Исходя из всего вышесказанного, считаю, что имеющуюся систему необходимо модернизировать, а там, где она отсутствует - поставить. От этого зависит жизнь и здоровье людей, поэтому систему необходимо поставить в каждом населенном пункте и на каждом потенциально опасном объекте.

Основным критерием системы оповещения является надежность. Она должна быть способна выдержать поражающие факторы всевозможных катастроф, до тех пор, пока не будут оповещены люди. Также она должна состоять из надежных элементов, которые устойчивы к перепадам температуры, радиационному воздействию, электромагнитным помехам.

Так же система, разрабатываемая в данной работе будет проста в развертывании, благодаря легко масштабируемой концепции установки.

Целью выпускной квалификационной работы является создание надежной системы постоянной готовности для оповещения о чрезвычайных ситуациях на промышленном предприятии.

1. Схемы размещения систем оповещения и их анализ

1.1 Основные понятия

Чрезвычайная ситуация ? это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

Предупреждение чрезвычайных ситуаций ? это комплекс мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное уменьшение риска возникновения чрезвычайных ситуаций, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущерба окружающей среде и материальных потерь в случае их возникновения.

Система оповещения населения ? система оповещения населения города, обеспечивающая доведение распоряжений о проведении экстренных мероприятий защиты населения, сигналов и информации оповещения органов МЧС субъектов до органов управления, руководящего состава, подчиненных сил и проживающего на территории субъекта населения.

Сигналы оповещения населения ? сигналы предупреждения (условные иинформационные) о возникшей опасности, сигналы тревоги, призыв к определенным действиям.

Объектовая система оповещения (ОСО) ? система оповещения объекта экономики, обеспечивающая оповещение и информирование персонала объекта, а также населения, находящегося на территории объекта.

Зона действия ОСО ? зона, в радиусе действия которой должно обеспечиваться информирование персонала объекта и населения, находящегося на объекте.

Опасность территории - ее особенность, заключающееся в наличии источников естественной и техногенной (объекты техносферы, в первую очередь вредные и возможно небезопасные объекты, которые при некоторых обстоятельствах имеют все шансы приносить ущерб населению и объектам техносферы, т. е. формируют угрозу для жизнедеятельности населения).

Источник угрозы - небольшой в определенном пространстве процесс либо деятельность, которые имеют все шансы послужить причиной к возникновению отрицательных воздействий на людей, объекты техносферы и природную среду.

Потенциально опасные районы - местность вероятных ЧС. Опасность в ЧС - состояние в зоне ЧС, при котором создалась либо вероятна опасность происхождения поражающих условий и воздействий источника ЧС на жителей, объекты экономики, инфраструктуры и окружающую природную среду.

Потенциально опасные объекты (ПОО) ? объекты ядерной энергетики, химические производства, взрывопожароопасные объекты, объекты вооружения и военной техники, гидротехнические сооружения и др., в которых заключена значительная энергия и (или) которые используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют радиоактивные, пожаровзрывоопасные, опасные химические и биологические вещества.

Связь - комплекс сетей и служб связи, функционирующих на территории РФ равно как общий организационно-технический комплекс, обеспечивающий регулирование в РСЧС.

Органы управления - штатные и нештатные (временно формируемые), наделенные надлежащими полномочиями организационные структуры, предназначенные для исполнения установленных административных функций.

Поражающий фактор источника ЧС - составная часть опасного явления либо процесса, стимулированная основой ЧС и определяемая физическими, химическими, биологическими действиями либо проявлениями, которые формируются либо проявляются соответствующими параметрами. Поражающие факторы могут являться первичными, т. е. непосредственного воздействия, и второстепенными ? побочного действия.

Средства связи - технические и программные ресурсы, применяемые с целью формирования, приема, обработки, сохранения, передачи, доставки уведомлений электросвязи либо почтовых отправлений, а кроме того другие технические либо программные ресурсы, применяемые при оказании услуг связи либо обеспечения функционирования сетей связи.

1.2 Общие сведения об оповещении

Федеральный закон от 21.12.94 г. № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» определяет, что в компетенция органов госвласти субъектов РФ в сферы защиты населения и территорий от ЧС входит предоставление своевременного уведомления и информирования населения об опасности возникновения либо о возникновении ЧС межмуниципального и регионального характера.

Руководители органов власти абсолютно всех уровней и организаций обязаны оповещать население при помощи СМИ и по другим каналам связи о введении на определенной территории соответствующих режимов функционирования органов управления и сил общей системы, а также критериях по обеспечиванию безопасности жителей.

Одним из основных мероприятий по защите жителей от ЧС является его своевременное предупреждение и информирование о возникновении либо опасности возникновения какой-либо угрозы. Оповещение жителей включает в себя своевременное уведомление его о надвигающейся опасности, создавшейся ситуации и оповещение о режиме действия в данных обстоятельствах.

Составление плана мероприятий осуществляется в целях обеспечения организованности и целенаправленности в подготовке и проведении мероприятий по охране жителей и территорий, увеличению стабильности работы муниципального хозяйства и организаций в ЧС, а кроме того при ликвидации их последствий либо проведении аварийно-спасательных и иных неотложных работ (АСДНР) в источниках поражения. Составление плана мероприятий по предотвращению и ликвидации ЧС ориентировано на предельно вероятное снижение риска их возникновения, на сохранение здоровья людей, сокращение объемов ущерба окружающей природной среде и материальных издержек в случае их происхождения, а кроме того проведение АСДНР.

Следует заметить, что система безопасности любого предприятия также преимущественно индивидуальна. Ее полнота и результативность во многом находятся в зависимости от существующей в стране законодательной базы, выделяемых руководителем предприятия материально-технических и экономических ресурсов, осознания каждым из работников важности обеспечения безопасности фирмы, а кроме того от знаний и практического опыта руководителя службы безопасности (СБ), напрямую занимающегося построением и поддержанием в «рабочем состоянии» самой системы.

Система безопасности предприятия может быть выстроена на основании следующих принципов:

преимущество мер предотвращения. Сущность данного принципа подразумевает своевременное обнаружение тенденций и посылов, содействующих формированию угроз, на основании анализа которых формируются надлежащие профилактические меры по недопущению возникновения настоящих угроз;

правомерность. Меры безопасности фирмы разрабатываются на основе и в рамках функционирующих правовых актов. Локальные правовые акты фирмы никак не должны идти вразрез законам и подзаконным актам;

комплексное применение сил и средств. С целью обеспечения безопасности применяются все существующие в распоряжении предприятия силы и ресурсы. Любой работник обязан в рамках собственной зоны ответственности принимать участие в обеспечении безопасности фирмы. Организационной формой комплексного применения сил и средств является программа обеспечения безопасности фирмы;

координация и взаимодействие внутри и за пределами фирмы. Меры противодействия угрозам исполняются на основе взаимодействия и скоординированности усилий абсолютно всех подразделений, служб компании, а кроме того определения требуемых контактов с внешними организациями, способными оказать необходимое содействие в обеспечении безопасности фирмы. Сформировать координацию и связь внутри и за пределами фирмы имеет возможность комитет (группа совет и т. д.) безопасности предприятия;

сочетание гласности с конспирацией. Доведение до сведения персонала фирмы и населению в возможных пределах мер безопасности осуществляет главнейшую роль - устранение возможных и действительных опасностей.

Подобная открытость, тем не менее, обязана непременно дополняться в оправданных случаях мерами конспиративного характера.

компетентность. Работники и группы работников обязаны решать проблемы обеспечения безопасности на высококлассном уровне, а в необходимых случаях специализироваться согласно основным его тенденциям;

финансовая целесообразность. Цена финансовых расходов на предоставление безопасности не должна превышать тот оптимальный уровень, при котором пропадает финансовый смысл их использования;

плановая основа деятельности. Деятельность по обеспечиванию безопасности обязана строиться на основе комплексной программы обеспеченья безопасности фирмы, подпрограмм обеспеченья безопасности по главным его видам (экономическая, научно-техническая, природная, технологическая и т. д.) и разрабатываемых с целью их выполнения планов работы подразделений предприятия и отдельных работников;

системность. Данный принцип подразумевает учет абсолютно всех условий, оказывающих воздействие на безопасность фирмы, введение в деятельность согласно его обеспечению абсолютно всех работников подразделений, использование в данной деятельности абсолютно всех сил и средств.

Характерной чертой и, в то же время, сложностью при построении системы корпоративной безопасности является тот факт, что ее эффективность фактически целиком находится в зависимости от человеческого фактора. Как демонстрирует практика, даже при наличии в компании безупречно подготовленного руководителя службы безопасности, современных технические средств, вы никак не достигнете нужных результатов вплоть до тех пор, пока в вашем коллективе каждый работник не осознает значимость и необходимость вводимых мер корпоративной безопасности.

В вопросах безопасности фирмы как никогда важна роль и понимание актуальности проблемы в первую очередь лично управляющим фирмы.

1.3 Разработка системы оповещения населения

Система оповещения населения города представляет собой организационно-техническое объединение:

дежурно-диспетчерских служб (ДДС) в рамках Единой системы оперативно-диспетчерского управления в ЧС города (ЕОДИ);

сил, средств, сетей связи и вещания операторов связи, действующих на территории города;

сил и средств связи и оповещения органов исполнительной власти города и организаций различных форм собственности, расположенных на территории города;

каналов сети связи, обеспечивающих доведение информации и сигналов оповещения до населения, органов управления городской подсистемы РСЧС и ГО.

Система оповещения населения города функционирует на следующих уровнях:

? на территориальном ? система оповещения населения города;

? на объектовом (ОСО организаций, ЛСО опасных объектов).

Системы оповещения территориального и объектового уровней технически и программно сопрягаются. Система оповещения населения города технически и программно сопрягается с федеральной и региональной системой оповещения.

1.4 Порядок задействования локальной системы оповещения

Постановление на введение локальной системы оповещения принимает начальник потенциально небезопасного объекта либо человек его заменяющий. В редких случаях, не терпящих отлагательства, постановление о задействовании локальной системы оповещения имеет возможность принять - дежурный диспетчер (руководитель смены станции) потенциально опасного объекта. При задействовании локальных систем оповещения обязана соблюдаться следующая процедура:

подается сигнал «Внимание всем!» путем дистанционного включения электросирен;

передается команда дистанционного подключения электропитания усилителей проводного вещания и переключения их на передачу информации оповещения;

с микрофона или ПЭВМ осуществляется многократная (2-3 раза) передача речевой информации оповещения;

длительность передачи речевой информации оповещения не должна превышать 5 минут.

Об абсолютно всех случаях (санкционированных и несанкционированных) задействования локальной системы оповещения докладывается в орган управления по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям субъекта РФ (города, городского района)

1.5 Обоснование выбора элементов системы

Основное требование, предъявляемое к системам оповещения - это надежность. От того, сможет ли система своевременно сработать зависит жизнь и здоровье людей. Поэтому в создаваемой системе оповещения приемники и передатчики будут аналоговые, будут работать на постоянном токе.

Отказ от использования радиопередатчиков, беспроводных сетей обуславливается их ненадежностью, система должна работать при любых помехах. Также в данной работе не используются современные цифровые технологии, потому что почти вся цифровая элементная база зарубежная. И ее использование в области гражданской обороны не желательно, так как системы оповещения используются не только в мирное время, но и в военное. И противник сможет при необходимости заглушить сигналы системы, либо полностью вывести ее из строя.

Принципиальные схемы используемых приемников и передатчиков показаны в подразделах 3.1 и 3.2.

Для звукового оповещения используются громкоговорители, представленные на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Громкоговоритель

Посредством использования громкоговорителя может транслироваться, либо звуковой сигнал, сообщающий об опасности, либо запись речевого сообщения, либо непосредственно дежурный диспетчер может сообщить о случившемся и о дальнейших действиях.

Громкоговоритель рупорный пылезащищенный 50ГР-45П ТУ 6573-001-82318468-2013 предназначен для оповещения и озвучивания открытых пространств в условиях повышенного шума, а также цехов и площадок с повышенным содержанием в атмосфере силикатной, угольной и ферромагнитной пыли и химически активных веществ. Громкоговоритель может эксплуатироваться в условиях предельных рабочих температур от минус 50єС до 55єС и влажности 95±3% при температуре 25єС. Важным достоинством рупорных громкоговорителей является их высокий КПД, узкая диаграмма направленности, способность передавать звук на большие расстояния. Рупорные громкоговорители используются главным образом для передачи речевых сообщений, так как их частотные и динамические свойства наилучшим образом способствуют воспроизведению человеческой речи.

Громкоговоритель рупорный 50ГР-45П состоит из головки, согласующего трансформатора, рупора и кожуха. Головка и трансформатор находятся внутри кожуха. Для повышения надежности и предельной мощности в рабочий зазор магнитной цепи введена магнитореологическая суспензия.

Конструкция громкоговорителя предусматривает возможность крепления его на любую поверхность, для чего он снабжен поворотным устройством, состоящим из скобы.

Габаритный чертеж громкоговорителя с размерами и размеры отверстий крепления на скобе приведены на рисунке 1.4. Принцип работы громкоговорителя состоит в преобразовании электрической энергии в акустическую.

Громкоговоритель выпускается для подключения к сети проводного вещания с номинальным напряжением 100В|120В. При подведении к громкоговорителю напряжения 30 В необходимо:

- отключить громкоговоритель от сети;

- отвернуть винт крепления кожуха и снять кожух;

- на трансформаторе провод, запаянный на контакт с надписью «100»I«120», отпаять и припаять к контакту «30» соответственно для включения громкоговорителя на 30 В;

- установить кожух на место и закрепить винтом.

Технические характеристики громкоговорителя 50ГР-45П приведены в таблице 1.1. Диаграмма направленности показана на рисунке 1.2, схема электрических соединений представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.2 - Диаграмма направленности громкоговорителя

Рисунок 1.3 - Схема электрических соединений

Таблица 1.1 - Характеристики громкоговорителя

Характеристика	Значение
Наименование	50ГР-45П
Предельная шумовая мощность, Вт	50
Номинальное входное напряжение, В	120|100/30
Низкоомный вход, Ом (Вт)	8(20)
Диапазон частот, Гц	От 315 до 6500
Чувствительность, дБ	103
Класс защиты IP	67
Диапазон температур от, градусов С	-55
Диапазон температур до, градусов С	+55
Масса, кг	5,2
Габариты (ШЧГ), мм	282Ч337
Габариты крепежного кронштейна (ШЧВЧГ), мм	155Ч165Ч33

Рисунок 1.4 - Схема электрических соединений

Для визуального оповещения будут использованы электрические табло визуального оповещения, пример табло показан на рисунке 1.4. Они будут загораться при срабатывании системы оповещения, сообщать о случившемся и показывать путь эвакуации. Технические характеристики приведены в таблицы 1.2. Примеры надписей показаны на рисунке 1.5.



Рисунок 1.5 - Электрическое табло визуального оповещения

Таблица 1.2 - Характеристики электрического табло

Характеристика	Значение
Напряжение питания, В	12±1,8
Ток потребления, мА	20
Ширина, мм	300
Высота, мм	100
Толщина, мм	20
Степень защиты IP	41
Диапазон рабочих температур от, градусов С	-40
Диапазон рабочих температур до, градусов С	+55
Масса, г	250

1.6 Характеристика защищаемого объекта

Защищаемыми являются помещения и территория предприятия по изготовлению железобетонных плит. Площадь предприятия равна 12,69 квадратных километров. На территории располагаются следующие объекты:

? формовочный цех;

? арматурный цех;

? бетоносмесительный узел;

? административный корпус;

? склад арматурной стали;

? склад готовой продукции;

? склад цемента;

? склад наполнителей;

? галерея подачи наполнителей;

? компрессионная;

? трансформаторная подстанция;

? склад добавок для бетона;

? котельная;

? градирня;

? точечные посты разгрузки заполнителей;

? пост разгрузки цемента;

? автостоянка;

? КПП;

? склад ГСМ.

План предприятия приведен на рисунке 1.6.

Рисунок 1.6 - Варианты надписей на табло

Необходимо оборудовать элементами системы оповещения все объекты, располагающиеся на территории предприятия.



Рисунок 1.10 - План предприятия: 1- формовочный цех; 2 - арматурный цех; 3 - бетоносмесительный узел; 4 - административный корпус; 5 - склад арматурной стали; 6 - склад готовой продукции; 7 - склад цемента; 8 - склад наполнителей; 9 - галерея подачи наполнителей; 10 - компрессионная; 11- трансформаторная подстанция; 12 - склад добавок для бетона; 13- котельная; 14 - градирня; 15 - точечные посты разгрузки заполнителей; 16 - пост разгрузки цемента; 17 - автостоянка; 18 - КПП; 19 - склад ГСМ.

2. Разработка структурной схемы

2.1 Режимы телеуправления и телесигнализации

С целью построения системы оповещения следует оснастить объекты, расположенные на территории предприятия элементами системы телесигнализации и телеуправления.

Режим телесигнализации предоставляют диспетчеру данные об объекте в подходящем для восприятия виде. Он позволит диспетчеру оперативно наблюдать за контролируемыми объектами и уведомлять об аварии. С целью извлечения сведений объект снабжается датчиками. Управляющее устройство опрашивает состояние датчиков и при изменении состояния сообщает данные о событии на пульт управления.

При возникновении аварии, пожара или другой нештатной ситуации необходимо задействовать систему оповещения, она задействуется с помощью режима телеуправления. Телеуправление - это управление на расстоянии с помощью средств телемеханики, передача на расстояние управляющей информации (команд ТУ) и преобразование ее в управляющие воздействия на объект управления. Задействовать систему оповещения может либо диспетчер, либо она может включиться автоматически. Для этого на каждом объекте установлен приемник ТУ.

2.2 Ресурсы микроконтроллера ATmega 8-16 PI

Для автоматизации процесса управления используется микропроцессорный контроллер. В данной системе используется микроконтроллер фирмы Atmel ATmega 8-16 PI, он изображен на рисунке 2.1, технические характеристики приведены в таблице 2.1.

На рисунке 2.3 приведена блок схема внутреннего устройства микропроцессора ATmega 8-16 PI.



Рисунок 2.1 - Микроконтроллер ATmega 8-16 PI

Таблица 2.1- Характеристики микроконтроллера ATmega 8-16 PI

Характеристика	Значение
Разрядность	8
Ядро	Avr
Тактовая частота, МГц	16
Объем ROM-памяти, Кбайт	8
Объем RAM-памяти, Кбайт	1
Внутренний АЦП, количество каналов	23
Внутренний ЦАП, количество каналов	23
Напряжение питания, В	От 4,5 до 5,5
Температурный диапазон, градусов С	От минус 40 до плюс 85
Тип корпуса	Dip28

Рисунок 2.2 - Расположение выводов ATmega 8-16 PI



Рисунок 2.3 - Блок схема ATmega 8-16 PI

У микроконтроллера ATmega 8-16 PI 23 порта ввода/вывода. Они объединены в 3 категории:

порт B (PB0-PB7): 2 вывода (PB6 и PB7) применяются с целью включения кварцевого резонатора. Выводы PB2 - PB5 зарезервированы для внутрисхемного программирования. Таким образом, для общего использования остаются порты PB0 и PB1;

порт C (PC0 - PC6): порты РС0 - РС5 допускается использовать в качестве аналоговых входов. PC6 применяется с целью сброса;

порт D (PD0 - PD7): данные порты допускается использовать с целью общего использования.

Назначение выводов питания ATmega приведено в таблице 2.2.

Назначение выводов порта B приведено в таблице 2.3.

Назначение выводов порта С приведено в таблице 2.4.

Назначение выводов порта D приведено в таблице 2.5.

Таблица 2.2 - Описание выводов питания

Номер	Название	Тип	Описание
7	VCC	Вход	Напряжение питания от плюс 4.5 до плюс 5.5 В
8,22	GND	Вход	Общий (земля)
20	AVcc	Вход	Напряжение питания плюс 5 В для модуля АЦП
21	ARef	Вход	Вход опорного напряжения для АЦП

Таблица 2.3 - Назначение выводов порта B

Номер	Название	Тип	Описание
14	PB0	Вход/выход	Цифровой порт
14	ICP1	Вход	Захват входа 1
15	PB1	Вход/выход	Цифровой порт
15	OC1A	Выход	Выход сравнения/ШИМ 1А
16	PB2	Вход/выход	Цифровой порт
16	OC1B	Выход	Выход сравнения/ШИМ 1В
16	SS	Вход	Вход Slave для SPI
17	PB3	Вход/выход	Цифровой порт
17	OC2	Выход	Выход сравнения/ШИМ 2
17	MOSI	Вход/выход	Вход данных в режиме Slave для SPI и ISP/выход данных в режиме Master для SPI
18	PB4	Вход/выход	Цифровой порт
18	MISO	Вход/выход	Вход данных в режиме Master для SPI и ISP/выход данных в режиме Slave для SPI
19	PB5	Вход/выход	Цифровой порт
19	SCK	Вход/выход	Тактовый вход в режиме Slave для SPI и ISP / тактовый выход в режиме Master для SPI и ISP
9	PB6	Вход/выход	Цифровой порт РВ6 при работе от встроенного генератора
9	XTAL1	Вход	Тактовый вход, кварцевый или керамический резонатор
9	TOSC1	Вход	Не используется при работе от внешнего генератора
10	PB7	Вход/выход	Цифровой порт РВ7 при работе от встроенного генератора
10	XTAL2	Вход	Для подключения кварцевого или керамического резонатора
10	TOSC2	Выход	Тактовый выход при работе от встроенного генератора

Таблица 2.4 - Назначение выводов порта С

Номер	Название	Тип	Описание
23	PC0	Вход/выход	Цифровой порт РС0
23	ADC0	Вход	Аналоговый вход канал 0
24	PC1	Вход/выход	Цифровой порт РС1
24	ADC1	Вход	Аналоговый вход канал 1
25	PC2	Вход/выход	Цифровой порт РС2
25	ADC2	Вход	Аналоговый вход канал 2
26	PC3	Вход/выход	Цифровой порт РС3
26	ADC3	Вход	Аналоговый вход канал 3
27	PC4	Вход/выход	Цифровой порт РС4
27	ADC4	Вход	Аналоговый вход канал 4
27	SDA	Вход/выход	Канал последовательного интерфейса
28	PC5	Вход/выход	Цифровой порт РС5
28	ADC5	Вход	Аналоговый вход канал 5
28	SCL	Выход	Тактовый выход последовательного интерфейса
1	PC6	Вход/выход	Цифровой порт РС6
1	RESET	Вход	Внешний сброс

Таблица 2.5 - Назначение выводов порта D

Номер	Название	Тип	Описание
2	PD0	Вход/выход	Цифровой порт PD0
2	RxD	Вход	Вход приемника USART
3	PD1	Вход/выход	Цифровой порт PD1
3	TxD	Выход	Выход приемника USART
4	PD2	Вход/выход	Цифровой порт PD2
4	INT0	Вход	Внешнее прерывание канал 0
5	PD3	Вход/выход	Цифровой порт PD3
5	INT1	Вход	Внешнее прерывание канал 1
6	PD4	Вход/выход	Цифровой порт PD4
6	XCK	Вход/выход	Внешний такт для USART
6	T0	Вход	Внешний вход Timer 0
11	PD5	Вход/выход	Цифровой порт PD5
11	T1	Вход	Внешний вход Timer 1
12	PD6	Вход/выход	Цифровой порт PD6
12	AIN0	Вход	Вход аналогового компаратора канал 0
13	PD7	Вход/выход	Цифровой порт PD7
13	AIN1	Вход	Вход аналогового компаратора канал 1

Контроллер обязан подключаться к автоматизированному рабочему месту диспетчера, для того, чтобы оператор имел возможность осуществлять контроль состояние объектов и при необходимости включать систему оповещения. Подключение осуществляется с поддержкой USB интерфейса.

Рисунок 2.4 - Интерфейс USB

2.3 Характеристика интерфейса USB

Вследствие универсальности и возможности продуктивно отправлять различный траффик шина USB используется с целью включения к PC самых всевозможных приборов. Она призвана заменить традиционные порты PC - COM и LPT, а также порты игрового адаптера и интерфейса MIDI. Спецификация USB 2.0 позволяет говорить и о подключении традиционных «клиентов» шин ATA и SCSI, а также захвате части ниши применения шины FireWire. Привлекательность USB придает возможность подключения/отключения устройств на ходу и возможность их использования практически сразу, без перезагрузки ОС.

Перечислим основные области применения USB:

устройства ввода - клавиатуры, мыши, трекболы, планшетные указатели и т. п. Здесь USB предоставляет единый интерфейс для различных устройств;

принтеры. USB 1.1 гарантирует практически ту же скорость, что и LPT-порт в режиме ECP, однако при применении USB не возникает проблем с протяженностью кабеля и включением нескольких принтеров к 1 компьютеру (хотя, необходимы хабы). USB 2.0 даст возможность форсировать печать в режиме высокого разрешения за счет уменьшения времени на передачу крупных массивов данных. Тем не менее имеется проблема со старым ПО, которое напрямую функционирует с LPTпортом на уровне регистров, - на принтер USB оно печатать никак не сможет;

сканеры. Использование USB дает возможность отказаться от контроллеров SCSI либо от занятия LPT-порта. USB 2.0 при этом дает возможность вдобавок и увеличить скорость передачи информации;

аудиоустройства - колонки, микрофоны, головные телефонные аппараты (наушники). USB дает возможность передавать потоки аудиоданных, достаточные для обеспеченья наиболее высокого качества. Передача в числовом варианте от самого источника сигнала (микрофона с интегрированным преобразователем и адаптером) до приемника и цифровая обработка в хосткомпьютере дают возможность освободиться от наводок, характерных аналоговой передаче аудио-сигналов. Применение USB-аудиокомпонентов дает возможность в ряде случаев освободиться и от звуковой карты PC - аудиокодек (АЦП и ЦАП) выводится за границы PC, а все функции обработки сигналов (микшер, и т. п.) реализуются центральным процессором полностью программно. Аудиоустройства могут и не иметь своих колонок и микрофона, а ограничиться преобразователями и обыкновенными гнездами («джеками») с целью подключения обычных аналоговых устройств;

фото и видеокамеры. USB 1.1 дает возможность транслировать статические изображения любого разрешения за приемлемое время, а кроме того транслировать поток видеоданных (живое видео) с необходимой (от 25 до 30 кадров/с) частотой кадров только с низким разрешением либо мощным сжатием информации, от которого, безусловно, страдает качество изображения. USB 2.0 в теории дает возможность передавать поток видеоданных высочайшего разрешения без сжатия (и утраты качества). С интерфейсом USB выпускают как камеры, так и устройства захвата видеосигнала, и TV-тюнеры;

коммуникации. С интерфейсом USB выпускают разнообразные модемы, в том числе проводные и xDSL, адаптеры скоростной инфракрасной связи (IrDA FIR) - шина дает возможность преодолеть предел скорости COM-порта (115,2 Кбит/с), никак не повышая загрузку центрального процессора. Выпускаются и сетевые адаптеры Ethernet, подключаемые к ПК по USB. Напрямую (без дополнительных приборов) портами USB соединить между собой в том числе и 2 pc невозможно - на одной шине может находиться только один хостконтроллер. Особое устройство для связи пары pc смотрится как «таблетка», вставленная в кабель USB с 2-я вилками типа «A» на концах. Соединяющее устройство (USB Link) способен размещаться и на системной плате pc, с выходом на внешний разъем, - в данном случае ПК объединяются попросту кабелем, подключаемым к рядовому порту USB 1-го pc и порту USB Link другого. Коммуникационное ПО USB Link дает возможность даже создавать сеть на базе цепочки соединений по USB. С целью соединения нескольких PC в локальную сеть выпускаются особые устройства, выполняющие коммутацию пакетов между PC. Соединение более 2-ух PC осложняется и топологическими лимитированиями USB: протяженность 1-го сегмента кабеля не должна быть выше 5 м, а использовать хабы с целью повышения дальности малоэффективно (любой хаб дает лишь 5 м дополнительного расстояния);

устройства сохранения - жесткие диски, устройства чтения и записи CD и DVD, стримеры - при применении USB 1.1 приобретают быстроту передачи, пропорциональную с быстротой их подключения к LPT, однако наиболее практичный интерфейс (равно как аппаратный, так и программный). При переходе в USB 2.0 быстрота передачи данных становится соизмеримой с ATA и SCSI, а ограничений согласно числу приборов достигнуть тяжело. Особенно интересно использование USB для электронных устройств энергонезависимого хранения (на флэш-памяти) - такой накопитель может быть весьма компактным (размером с брелок для ключей) и емким (от десятка мегабайт до гигабайта и более). Логически эти накопители могут представляться различным образом: просто как устройства хранения (USB Mass Storage, рассмотренные далее) или же как устройства считывания флэш карт (например, Smart Media Card Reader, хотя у них и нет отделяемой SMC карты). Выпускаются устройства для мобильного подключения накопителей с интерфейсом ATA-ATAPI - по сути, это лишь преобразователи интерфейсов, помещенные в коробку-отсек формата 5” или 3,5”, а иногда выполненные прямо в корпусе разъема ATA. Имеются и устройства чтения-записи карт SmartMedia Card, CompactFlash Card и других типов флэш-карт, в которые можно вставлять соответствующие носители;

игровые приспособления - джойстики абсолютно всех типов, пульты с различными датчиками (постоянными и разрывными) и исполнительными приспособлениями - подсоединяются унифицированным методом. При этом отпадает ресурсопожирающий интерфейс прежнего игрового адаптера (аннулированного ранее в спецификации PC'99);

телефонные аппараты - аналоговые и числовые (ISDN). Подсоединение телефонного аппарата дает возможность превратить ЭВМ в секретаря с функциями автодозвона, автоответчика, защиты и т. п.

Каждый пользователь уже пользовался (и пользуется) устройствами, которые подключаются к компьютеру через интерфейс USB. Ими могут быть принтеры, флешки, различные устройства обмена информацией (телефон, фотокамера) и многие другие. USB - это универсальная последовательная шина, и многие сейчас пользуются USB с интерфейсом 2.0, который по скорости передачи данных может достигать 480 Мбит/с. USB провод с одной стороны не обязательно может быть соединен с компьютером, с помощью провода можно подключить фотокамеру к принтеру (если имеются соответствующие разъемы) и напечатать фотографии. Но, может быть, некоторые пользователи перешли на «расширенное» USB 3.0. Анонсирован был стандарт USB 3.0 в ноябре 2008 года, а устройства, которые поддерживают этот интерфейс подключения, появились намного позже. Новый стандарт USB 3.0 имеет вдесятеро увеличенную скорость передачи - до 5 Гбит/с. Даже его конкурент SATA-300 (его скорость передачи данных ниже, чем у USB 3.0, в полтора раза) отстал по скорости, теперь USB 3.0 успешно используется во внешних жестких дисках, внешних SSD накопителях, флешках больших объемов, ИБП и других устройствах. Теперь сравним интерфейс USB 3.0 с другим интерфейсом - USB 2.0:

самым существенным преимуществом USB 3.0 является более высокая скорость (до 5 Гбит/с), которая в 10 раз выше скорости более устаревшего порта;

у нового интерфейса улучшено энергосбережение. Это позволяет накопителю переходить в спящий режим при бездействии;

можно осуществить двустороннюю передачу данных одновременно. Это даст более высокую скорость, если на один порт подключить несколько устройств (разветвить порт). Разветвить можно с помощью хаба (хаб - устройство, которое из одного порта разветвляет на 3-6 портов). Вот если подключить хаб к порту USB 3.0, а к хабу подключите несколько устройств (например, флешек) и осуществите одновременную передачу данных, то вы увидите, что скорость будет значительно больше, чем было при интерфейсе USB 2.0;

есть характеристика, которая может являться плюсом и минусом. В интерфейсе USB 3.0 была повышена сила тока до 900 мА, а USB 2.0 работает с силой тока в 500 мА. Это будет плюсом для тех устройств, которые были адаптированы под USB 3.0, ну а небольшой минус состоит в том, что может возникать риск при подзарядке более слабых устройств, как телефон;

физическим недостатком нового интерфейса является размеры кабеля. Для поддержания высокой скорости кабель стал более толстым и по длине более коротким (не может быть длиннее 3 метров), чем USB 2.0;

следует отметить важное, что устройства с разными USB интерфейсами будут работать хорошо и не должно возникнуть проблем. Но не думайте, что скорость «разгонится», если вы подключите USB 3.0 к более устаревшему порту, или подключите к новому порту кабель устаревшего интерфейса. Скорость передачи данных будет равна скорости самого слабого порта.

Схема подключения показана на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Схема подключения интерфейса USB к микропроцессору

2.4 Автоматизированное рабочие место

Оснащение автоматизированного рабочего места диспетчера подготовлено с целью своевременного отображения состояний технологических объектов и оснащения комплекса в экране PC, а кроме того представляет способ дистанционного управления оборудованием и задания технологических уставок.

Основные функции АРМ диспетчера:

? контролирование ключевых технологических характеристик оборудования;

? дистанционное исправление уставок оборудования, включение и выключение оборудования;

? контролирование неразрешенного вторжения на объекты;

? контроль над состоянием датчиков;

? предоставление архивной и текущей информации по авариям, действиям диспетчера в различном виде с выводом на печать.

Данные на уровень АРМ Диспетчера для всех рабочих мест поступают по сети с серверного уровня. Источником данных являются клиент-серверные приложения. Это OPC Server, Genesis32 AlarmWorX32 и Microsoft SQL Server, размещенные на сервере.

Создание звуковых сигналов предупредительной и аварийной сигнализации исполняется средствами приложения GraphWorX32 в основе данных, прибывающих с сервера выявления аварийных событий AlarmWorX32 (уровень сервера).

С целью формирования голосовых уведомлений применяется программа синтеза речи. Данные для данной программы создаются на базе аварийных уведомлений сервером AlarmWorX32.

АРМ имеет связь с терминалом мнемосхемой для визуализации и упрощения работы с системой оповещения.

2.6 Структурная схема системы

Структурная схема системы оповещения обязана включать в себя все перечисленные выше элементы. Составляющие обязаны быть связаны между собою. В середине данной схемы обязан быть микроконтроллер, потому что как раз он обрабатывает поступающую с измерителей информацию и сообщает результаты диспетчеру. Система обязана осуществлять контроль единство линии связи, выводить данные с измерителей на объектах на монитор диспетчеру и уведомлять персонал предприятия о: пожаре, незаконном вторжении, наводнении.

Структурная схема представлена на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 - Структурная схема системы оповещения

3. Разработка принципиальной схемы

3.1 Разработка принципиальной схемы приемника

Приемник в системе оповещения обязан иметь возможность предоставлять разные сигналы, в зависимости от происшедшего, он обязан работать на постоянном токе, быть простым и верным. Схема приемника представлена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Принципиальная схема приемника

Для того, чтобы удостовериться в работоспособности предоставленной схемы следует промоделировать работу приемника. Для моделирования применялся прикладной пакет Multisim.

Работа с электрической системой моделирования Multisim включает в себя 3 основных стадии: формирование схемы, отбор и соединение измерительных приборов, и, в конечном итоге, активация схемы - расчет процессов, проходящих в исследуемом устройстве. В общем случае процесс формирования схемы начинается с размещения в рабочей области Multisim компонентов с библиотеки программы.

Подразделы библиотеки программы Multisim один за другим могут быть вызваны с помощью иконок, находящихся на панели инструментов (рисунок 3.2). Каталог выбранного раздела библиотеки Multisim находится в отвесном окошке с правой стороны либо по левую сторону рабочего поля (перемещается в любое место перетаскиванием обычным методом - за шапку заголовка). С целью подбора необходимого компонента из библиотеки следует подвести указатель мыши к надлежащей иконке и надавить один раз на стрелку раскрывающегося списка, в последствии чего выбрать в списке необходимый для работы компонент. В последствии этого необходимый для формирования схемы знак (символ) элемента переносится в рабочее область проекта нажатием левой клавиши мыши. При размещении компонентов схемы в рабочей области программы можно также пользоваться контекстное меню, появляющееся при нажатии на правую клавишу мыши в независимом участке рабочего поля. На этом шаге необходимо предусмотреть положение для размещения контрольных точек и иконок контрольно-измерительных приборов.

Выделенный компонент схемы (акцентируется рамкой из штриховой голубой линии) допускается повернуть (контекстного меню, кнопок в панели приборов либо пункта меню Circuit>Rotate) либо зеркально отобразить относительно вертикальной (горизонтальной) оси (команда меню5 Circuit>Flip Vertical (Horizontal), контекстное меню, клавиши в панели приборов). При повороте большая часть компонентов поворачиваются на 90 градусов против часовой стрелки при всяком исполнении команды, для измерительных устройств (амперметр, вольтметр и др.) изменяются местами клеммы включения.

По умолчанию вводится виртуальный элемент, имеющий идеальными свойствами (к примеру, отсутствие внутренних шумов и потерь) того либо другого элемента. С помощью двойного щелчка по значку компонента можно поменять его характеристики.



Рисунок 3.2 - Выбор компонентов

В раскрывающемся диалоговом окошке ставятся необходимые характеристики (как правило, номинал элемента схемы и ряд прочих характеристик для других компонентов типа измерительных устройств либо сложных интегральных схем) и выбор подтверждается нажатием клавиши «Ok» или клавиши «Enter» в клавиатуре.

В этом же диалоговом окошке, при нажатии клавиши Replace возникает диалоговое окошко с указанием всей библиотеки элементов. С помощью данного окошка можно сменить идеальный элемент его реальным аналогом, при этом варьируется не только его номинал, но и изготовитель определенных схемных элементов, а кроме того серия элемента. Для многих компонентов можно подобрать характеристики, соответствующие действительным элементам (диодам, транзисторам и т.п.) разных изготовителей. При формировании схем удобно также пользоваться динамическим меню, которое вызывается нажатием правой клавиши мыши Меню включает команды Help (поддержка), Paste (вставить), Zoom In (увеличить), Zoom Out (уменьшить), Schematic Options (характеристики схемы), а кроме того команды Add. Данная команда дает возможность добавить на рабочее поле компоненты, не обращаясь к каталогам библиотеки. число команд Add в списке меню6 обусловливается количеством типов компонент (резисторов, знака заземления и т.д.), уже существующих на рабочем поле.

После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента, и после появления площадки, нажимается левая кнопка мыши. Появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же площадки, после чего еще раз нажимается левая кнопка мыши.

При необходимости подключения к этим выводам других проводников в контекстном меню (появляется при нажатии правой кнопки мыши) выбирается точка (символ соединения, обозначен как Junction) и переносится на ранее установленный проводник. Если на ней виден след от пересекающего проводника, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. После удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к соответствующему проводу и выделяется левой кнопкой мыши, после чего нажимается клавиша Delete.

Если необходимо подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения нажимается левая кнопка мыши. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия - компоненты и другие проводники - огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или вертикали).

Подключение к схеме контрольно-измерительных устройств выполняется подобным образом. Панель с контрольно-измерительным оборудованием (за исключением амперметра и вольтметра) размещена в вертикальном положении с правой стороны рабочей области, и содержит в себе такие составляющие как мультиметр, осциллограф (2-х и 4-х канальный), ваттметр и т.д. Более досконально работа некоторых из этих устройств будет изображена ниже.

Любой элемент может быть подвинут на новое место. Для этого он должен быть выделен и перетащен с помощью мышки. При этом положение соединительных проводов поменяется автоматически. Допускается также подвинуть целую группу компонентов: для этого их необходимо последовательно выделять мышкой при нажатой клавише Ctrl, а далее перенести их в новое место. В случае если необходимо подвинуть отдельный участок проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая клавиша и, в последствии появления в вертикальной либо горизонтальной плоскости двойного курсора, выполнялняются необходимые перемещения.

В следствии подготовки схемы рекомендуется сформировать ее описание (сответствующее окно вызывается в меню Tools>Description box editor.

Как ранее говорилось, в электронной системе Multisim существует ряд разделов библиотеки компонентов, которые могут быть применены при моделировании. Ниже приводится краткая справка по главным (естественно, не всем) компонентам. После названия в скобках приведены некоторые характеристики компонента, которые могут быть изменены пользователем.

Все элементы условно разобьем на ряд подгрупп.

Источники сигналов (вкладки Power Source Components и Signal Source Components). Очевидно, что здесь под источниками сигналов подразумеваются не только источники питания, но и управляемые источники;

Пассивные элементы (вкладка Basic) - библиотека, в которой собраны все пассивные элементы, а кроме того коммуникационные устройства;



Рисунок 3.3 - Вкладка Sources

Рисунок 3.4 - Вкладка Basic

Полупроводниковые элементы (Diode Components и Transistor Components) - диоды и транзисторы;



Рисунок 3.5 - Вкладка Diodes

Аналоговые микросхемы (Analog Components);

Рисунок 3.6 - Вкладка Analog

Логические цифровые микросхемы (разделы библиотеки TTL и CMOS);

Рисунок 3.7 - Вкладка TTL

Индикаторные устройства

Рисунок 3.8 - Вкладка Misc

В ходе моделирования была собрана схема, изображенная на рис. 3.9.

Рисунок 3.9 - Схема приемника в Multisim

В схеме имеется осциллограф и функциональный генератор.

Лицевая панель функционального генератора представлена на рисунке 27. Управление генератором осуществляется следующими органами управления:

? установка частоты выходного сигнала;

? выбор формы выходящего сигнала - синусоидальной (определен по умолчанию), треугольной и прямоугольной;

? установка амплитуды выходного сигнала;

? установка смещения (постоянной составляющей) выходящего сигнала;

? установка коэффициента наполнения в процентах - для импульсных сигналов данное отношение длительности импульса к периоду возобновления - величина, обратная скважности, для треугольных сигналов - соотношение между длительностями переднего и заднего фронта;

? выходные зажимы; при заземлении клеммы СОМ (общий) клеммах «-» и «+»выходит парафазный сигнал.



Рисунок 3.10 - Внешняя панель функционального генератора

Внешняя панель осциллографа представлена на рисунке 3.11. Осциллограф обладает 2 канала (CHANNEL) А и В (в случае двухканального осциллографа; в арсенале устройств Multisim существует также и 4-х канальный осциллограф, а кроме того виртуальный осциллограф компании Agilent) с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) вплоть до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулированием смещения по вертикали (Y POS). При этом каждый канал обладает 2 выводами обозначенными как «+» и «-». Подавая сигнал на один из выводов, другой уместно заземлять.

Подбор режима по входу осуществляется нажатием клавиш AC, 0, DС. Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытого входа», потому как в данном режиме на входе усилителя подключается разделительный конденсатор, не пропуск...