Прогреватель двигателя на микроконтроллере PIC16F84

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательноче учреждение

"Рубцовский аграрно-промышленный техникум"

Пояснительная записка

по дисциплине: Разработка, проектирование и эксплуатация микроконтроллерных систем

на тему: Доводчик стёкол на микроконтроллере PIC16F84A

Содержание

Введение
1. Общая часть
1.1 Техническое задание
1.2 Структурная схема устройства
1.3 Обзор электрической схемы устройства и её работа
1.4 Обоснование выбора МК
1.5 Расчёт и выбор элементов схемы
2 Специальная часть
2.1 Разработка алгоритма работы МК
2.2 Разработка программы МК 2.3 Расчёт потребляемой мощности и требования к источнику питания 2.4 Разработка печатной платы устройства
3 Техника безопасности
Заключение
Список литературы

Введение

Появление первого микропроцессора в 1971 году произвело революцию в области цифровой электроники и вычислительных машин. Разрабатывался микропроцессор как элемент, способный заменить большое количество микросхем процессорной платы ЭВМ. В результате, в одном корпусе были скомпонованы счетчики, регистры, логические блоки и другие элементы. Для получения готового компьютера, к микропроцессору следовало добавить устройства ввода/вывода, память и некоторые другие элементы. При этом почти сразу возник вопрос, а нельзя ли и всю эту периферию также разместить на кристалле микропроцессора? Через некоторое время такой элемент был создан и получил название микроконтроллера.

Микроконтроллер -- микропроцессорная система, содержащая на одном кристалле процессорное ядро, долговременную и оперативную память, устройства ввода/вывода и предназначенная для построения систем управления, датчиков и других компактных устройств. В отличие от микропроцессора, микроконтроллер обладает меньшей универсальностью, так как к нему нельзя подключать произвольные элементы. Доступно только то, что расположено внутри корпуса. Также память микроконтроллеров и сегодня не превышает 512Кб, что делает невозможным их работу с современными операционными системами. Тем не менее, эти микропроцессорные устройства получили огромное распространение. Если взять информацию по количеству, то они составляют 90% всех выпускаемых микропроцессоров. Микроконтроллеры сегодня используются во всей бытовой технике, промышленных установках и станках, датчиках, регуляторах и иных приложениях, где не требуется большая вычислительная мощность. Например, в каждом современном автомобиле имеется несколько микроконтроллеров, управляющих двигателем, подвеской, кондиционером, акустической системой, приборной панелью.

1. Общая часть

1.1 Техническое задание

Задание: Разработать схему МКУ, написать программу для микроконтроллера PIC16F84, а также разработать печатную плату для устройства автоматического прогревателя двигателя автомобиля.

Для выполнения задания необходимы диоды марки КД522Б, КД208А. Применяются исполнительные реле 711.3747-02-отечественные, и зарубежные BS-115с. В схеме применены транзисторы марки КТ3102А, КТ503А. Для преобразования цифрового кода применим микроконтроллер PIC16F84. Для управления устройством необходимо 13 входных сигналов.

1.2 Структурная схема устройства

Рисунок 1.1- Структурная схема устройства

Составлена структурная схема для МКУ устройства для автоматического прогревателя двигателя автомобиля.

Входной сигнал проходит через оптронную развяку для обеспечения гальванической развязки и проходит через микроконтроллер, где непосредственно преобразуется цифровой код. После этого обработанный сигнал проходит через усилитель, чтобы усилить выходной сигнал и выводится на выходном сигнале.

Питается схема от +12В.

1.3 Обзор электрическая схемы устройства и её работа

Устройство может быть установлено на автомобили, как с дизельным, так и бензиновым двигателем, с автоматической или механической коробкой передач. Устройство может автоматически запускать двигатель через заданный промежуток времени (1-24ч. - с часовым шагом)-циклично . Запускать и останавливать двигатель по сигналу от внешнего устройства по дополнительному каналу, запускать двигатель для прогревания до заданной температуры или в течение 15 мин., останавливать двигатель по событиям - закрывание дверей, нажатие на тормоз, отключение ручного тормоза, аварийное снижение давления масла при работающем двигателе (через 30 с), срабатывание сигнализации (через 5 с), аварийная остановка двигателя, достижение заданной температуры двигателя. Кроме этого предусмотрен режим пит-стоп, функции определения причины остановки двигателя и оповещения состояния. В процессе эксплуатации автомобиля в холодное время года может возникнуть необходимость на короткое время покинуть автомобиль, оставив его двигатель работающим. При этом, чтобы закрыть автомобиль требуется использование второго ключа для закрытия дверей. Да и оставлять без присмотра работающий автомобиль с ключом в замке зажигания, даже с запертыми дверями небезопасно. Эту проблему легко решить, используя режим пит-стоп. Его устанавливают при работающем двигателе, затянутом ручном тормозе и вставленном в замок зажигания ключе. Открывают дверь, нажимают на педаль тормоза и на одну секунду нажимают сервисную кнопку. После этого включатся габаритные фонари, и раздастся прерывистый сигнал. Теперь можно отпустить педаль тормоза, вынуть ключ зажигания и покинув машину, закрыть дверь. Двигатель автомобиля останется включенным без ключа в замке зажигания. Всю процедуру необходимо выполнить в течение 1 мин. Выключают этот режим при необходимости отпусканием ручного тормоза. Отключение двигателя в этом режиме возможно сигналом по дополнительному каналу.

1.4 Обоснование выбора МК

Данный микроконтроллер был применен, потому что он обладает приемлемой скоростью работы, используется экономичная, высокоскоростная технология и самое главное малое потребление энергии.

Микроконтроллер PIC16F84

Рисунок 1.2- Распиновка микроконтроллера PIC16F84

Технические характеристики микроконтроллера PIC16F84A:

Ядро - PIC16FXX

Тип корпуса (размер) - 18-DIP (0.300", 7.62mm)

Разрядность - 8

Тактовая частота - 10 МГц

Размер памяти - 68 x 8

EEPROM Size - 64 x 8

Напряжение источника (Vcc/Vdd) - 4 V ~ 5.5 V

Рабочая температура -40°C ~ 85°C

Тип программируемой памяти - FLASH

Размер программируемой памяти - 1.75KB (1K x 14)

Число вводов/выводов - 13

Периферия - POR, WDT

Скорость - 4MHz

Процессор - PIC

Серия - PIC® 16F

Высокопроизводительный RISC-процессор:

Всего 35 команд

Все команды исполняются за один такт (200 нс), кроме инструкций перехода, выполняемых за два такта.

Скорость работы:

тактовая частота до 20 МГц

минимальная длительность такта 200 нс

14 битовые команды

8 - битовые данные

15 аппаратных регистров специального назначения

8-уровней аппаратный стек

Прямой, косвенный и относительный режимы адресации для данных и инструкций

четыре источника прерывания:

внешний вход RB0/INT

переполнение таймера TMR0

прерывание при изменении сигналов на линии порта B (PORTB<7:4>)

по завершению записи данных в EEPROM

1000 циклов записи/стирания FLASH памяти программы

1 000 000 циклов записи/стирания памяти данных EEPROM

Период хранения данных EEPROM > 40 лет

Периферия:

13 линий ввода/вывода с индивидуальным контролем направления

Сильноточные схемы для непосредственного управления светодиодными индикаторами:

25 мА макс. вытек. ток

Timer0: 8-разрядный таймер/счетчик с 8-разрядным программируемым предварительным делителем

Особенности микроконтроллера:

Программирование на плате через последовательный порт (ICSPT) (с использованием двух выводов)

Сброс при включении питания (POR)

Таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST)

Сброс по падению напряжения питания

Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы

Программируемая защита кода

Режим экономии энергии (SLEEP)

Выбираемые режимы тактового генератора

Технология КМОП:

Экономичная, высокоскоростная технология КМОП ЭППЗУ/ЭСППЗУ

Полностью статическая архитектура

Широкий рабочий диапазон напряжений питания - от 2,0В до 5,5В

Коммерческий, промышленный и расширенный температурный диапазоны

Низкое потребление энергии:

< 2 мА при 5,0 В, 4,0 МГц

15 мкА (типичное значение) при 2 В, 32 кГц

< 0,5 мкА (типичное значение) в режиме STANDBY при 2В>

1.5 Расчёт и выбор элементов схемы

Обоснование выбора элементов схемы:

Рисунок 1.3 -Распиновка отечественного реле 711.3747-02

Данное реле в схеме служит для усиления тока коммутации, и гальванической развязки(К1,К2,К3,К4).

Выбрано оно было потому что обладает следующими техническими характеристиками:

Номинальное напряжение 12В, ток замыкания 50А, ток размыкания 50А, напряжение ?8В, напряжение отпускания ?4В.

Диоды КД522Б(VD2-VD5), КД208А(VD8-VD10)

Рисунок 1.4-Схема диода 1.4 КД522Б

В схеме нужен для более надежного принятия входного сигнала на микроконтроллер.

Диод был выбран потому что он обладает следующими характеристиками:

· Максимальное постоянное обратное напряжение 50В;

· Максимальное импульсное обратное напряжение 75 вольт ;

· Максимальный прямой ток 0,1А;

· Максимально допустимый прямой импульсный ток 1,5А;

· Максимальное прямое напряжение 0,1В;

· Рабочая температура -60…125.

Рисунок 1.5-Схема Диода КД208А

В схеме нужен для более надежного вывода усиленного сигнала с микроконтроллера.

Диод был выбран потому что он обладает следующими характеристиками:

· Максимальное постоянное обратное напряжение 100В;

· Максимальный прямой ток 0,1В;

· Рабочая температура -40…85.

Транзисторы КТ3102А(VT1,VT3), КТ503А (VT2,VT4,VT5)



Рисунок 1.6- Схема транзистора КТ3102А

VT1-для формирования импульса с тахометра, VT3- для увеличения сигнала выходящего из микроконтроллера.

Был использован потому что обладает следующими характеристиками:

· Коэффициент передачи тока 100 ч 250;

· Граничная частота коэффициента передачи тока 300 МГц;

· Постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте 100 пс;

· Граничное напряжение 30 В;

· Ток К-Э (обратный) 0.1 мкА;

· Ток коллектора (обратный) ;

T = +25°C	0.05 ч 0.1 мкА;
T = ?40°C	0.05 мкА;
T = +85°C	5 мкА;

· Ток эмиттера (обратный). 10 мкА;

· Ёмкость коллекторного перехода 6 пФ.



Рисунок 1.7- Схема транзистора КТ503А

VT2,VT4,VT5- увеличения сигнала выходящего из микроконтроллера

Был использован потому что обладает следующими характеристиками:

· Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-база 40 В;

· Максимально допустимое (импульсное) напряжение коллектор-эмиттер 25 В;

· Максимально допустимый постоянный(импульсный) ток коллектора 150(350) мА;

· Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора без теплоотвода (с теплоотводом) 0.35 Вт;

· Статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером 40-120;

· Обратный ток коллектора <=1 мкА;

· Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером =>350 МГц.

Элементы схемы: микропроцессор автоматический прогрев двигатель

PIC16F84для преобразования цифрового кода;

К1,К2,К3,К4-для гальванической развязки, и усиление тока коммутации;

R1(1к),R2(120кОм)- для ограничения сигнала в тахометре;

R5,R6,R7,R8(1кОм) - для ограничения поступающего тока в оптронную развязку;

R3,R14,R15-(2кОм),R16,R17(1кОм) - для ограничения тока в транзисторе;

R4,R13,R18,R19(10кОм) - для смещения тока в транзисторе;

R10- для подачи разрешающего сигнала;

R9(300кОм)- для накаливания свечей;

R11(100Ом)- для питания датчика;

R12(4,7 кОм)- для организации единицы на входе микроконтроллера;

С1(0,1мк)- рекомендован для использования;

С2(22мк)- рекомендован для использования;

С3(10мк)- рекомендован для использования;

С4(0,1мк)- рекомендован для использования;

С5(0,1мк)- для устранения высокочастотных помех;

С6(22мк)- рекомендован для использования;

С7(22мк)- рекомендован для использования;

VD1- для стабилизации напряжения тахометра;

VD6- для стабилизации напряжения

VD7- для стабилизации напряжения

ZQ1(кварцовый резонатор)-стабилизирует частоту тактового генератора;

VT1-для формирования импульса с тахометра;

VT2,VT3,VT4,VT5- для увеличения сигнала выходящего из микроконтроллера;

Оптронная развязка- для обеспечения гальванической развязки на входах микроконтроллера;

F1 (термистор) - при пропускании через него большого тока, напряжение существенно уменьшается;

ST(стабилизатор)- для стабилизации напряжения 5В питания микроконтроллера;

HA1- звукоизлучатель со встроенным генератором;

2. Специальная часть

2.1 Разработка алгоритма работы МК

Алгоритм работы микроконтроллера начинается с блока «инициализации портов». В этом блоке происходит назначение портов на ввод и вывод.

Следующий блок «включение сервисной кнопки». Если данный блок активизируется, значит начнется работа устройства. Потом идет блок «проверка датчиков двери», если двери закрыты устройство продолжает работу, если нет, тогда включается сигнал оповещения. Далее идёт блок выбора информации о температуре, если температура ниже нормы, тогда включается зажигание и двигатель начинает свою работу в течении определенного времени, а если температура в норме, тогда устройство в режиме ожидания. Следующий блок «контроль масла», если меньше нормы включается зажигание и опрашивается датчик масла, если не меньше нормы, тогда выключается зажигание устройство переходит в режим ожидания. Если блок «опрос датчика масла» дал положительный результат устройство приостанавливает работу на время и ждет возобновление работы т.е когда изменится температура, а если дал отрицательный результат тогда включается зажигание на 3 секунды и выключается зажигание и устройство так же ждет изменение температуры, чтобы продолжить работу.

Разработанный алгоритм представлен в графической части лист №3.

2.2 Разработка программы МК

При разработке программы должны учитывать все действия этой программы. В этой программе применяется инициализация портов, опрос сервисной кнопки, проверка датчиков двери , контроль температуры и контроль масла, подпрограммы.

Подпрограмма инициализации портов:

BSF STATUS, RP0 ; инициализация портов

MOVLW B'00010000' ; пересылка константы в W

MOVWF TRISA ; запишем из регистра W в TRISA

MOVLW B'11111111' ; все выводы RB - вход

MOVWF TRISB ; запишем из регистра W в TRISB

MOVWF OPTION_REG ; запишем байт настройки в регистр

BCF STATUS, RP0 ; возврат в банк 0

RETURN ;возврат из подпрограммы

Основная программа:

CLRF INTCON ; Выключить все прерывания

CLRF FLAG1 ; Очистить регистр FLAG1

CLRF FLAG2 ; Очистить регистр FLAG2

CLRF FLAG3 ; Очистить регистр FLAG3

CLRF FLAG4 ; Очистить регистр FLAG4

CLRF vibor

CLRF vibsig ; Очистить регистры

CLRF TIME

CLRF TIME1

CLRF SEL

CLRF M_STOP

MOVLW D'25' ; запишем константу

MOVWF r10s ; в регистр r10s

MOVLW D'10' ; запишем константу

MOVWF r3s ; в регистр r3s

MOVLW D'12' ; запишем константу

MOVWF r5s ; в регистр r5s

MOVLW D'71' ; запишем константу

MOVWF minP ; в регистр minP

MOVLW D'140' ; запишем константу

MOVWF r15m1 ; в регистр r15m1

MOVLW D'15' ; запишем константу

MOVWF r15m2 ; в регистр r15m2

MOVLW D'200' ; запишем константу

MOVWF rt1 ; в регистр rt1

MOVLW D'60' ; запишем константу

MOVWF rt2 ; в регистр rt2

MOVLW D'22' ; запишем константу

MOVWF r6s ; в регистр r6s

MOVLW D'11' ; запишем константу

MOVWF r4sne ; в регистр r4sne

MOVLW D'97' ; запишем константу

MOVWF r60s ; в регистр r60s

MOVLW h'03' ; запишем константу

MOVWF attempt ; в регистр attempt

MOVLW D'16' ; запишем константу

MOVWF r4stop ; в регистр r4stop

movlw D'26' ; запишем константу

movwf r10stmp ; в регистр r10stmp

movlw D'29' ; запишем константу

movwf r15s ; в регистр r15s

подпрограмма отключения двигателя

OFF: ;

bcf PORTA, ST ; выключить стартер

call DELAY_LONG ; задержка

bcf PORTA, GBR ; выключить габариты

call DELAY_LONG

call DELAY_LONG

bcf PORTA, ZG ; выключить зажигание

bcf FLAG1, 5 ; сбросить биты зажигания,

bcf FLAG1, 6 ; стартера,дизеля

bcf FLAG1, 4 ; сбросить бит запуска

MOVLW D'22' ; запишем константу

MOVWF r6s ; в регистр r6s

MOVLW D'140' ; запишем константу

MOVWF r15m1 ; в регистр r15m1

MOVLW D'15' ; запишем константу

MOVWF r15m2 ; в регистр r15m2

BTFSC FLAG4, 6 ; флаг запрета цикла выставлен?

bcf FLAG2, 4 ; сбросить бит нейтраль3

return

READ_M:

movwf EEADR

bsf STATUS, RP0 ; выберем банк1

bsf EECON1, RD ; чтение

bcf STATUS, RP0 ; выберем банк0

movf EEDATA, W ; получаем данные в регистре W

return

M_WR:

bsf STATUS, RP0 ; выберем банк1

bsf EECON1, WREN ; разрешить запись в EEPROM

; специальная последовательность команд

movlw 55h

movwf EECON2

movlw h'AA'

movwf EECON2

bsf EECON1, WR ; установить бит начала записи

return

CYC:

BTFSS FLAG3, 2 ; бит р/кнопки выставлен?

BSF FLAG4, 6 ; выставить бит запрета цикла

bcf FLAG2, 7 ; сбросить бит сетапа 1

CLRF SEL

CALL OFF ; переход на подпрограмму

return

End

Листинг данной программы находится на прилагаемом диске.

2.3 Расчёт потребляемой мощности и требования к источнику питания

Расчёт производиться по формуле:

Р_ИП = Р_MK + Р_P

Микроконтроллер PIC16F84 - 10 мВт

Реле 711.3747-02(4реле) - 600 мВт

Расчёт:

Р_ип=10мВт+600 мВт *4=2,41Вт

Блок питания по уровню выдаваемой мощности должен выдавать не меньше чем 2,41Вт.

2.4 Разработка печатной платы устройства

Для разработки печатной платы используем программу Sprint-Layout 5.0. Данная программа содержит достаточно простой и удобный интерфейс для проектирования и ручной разводки печатных плат малой и средней сложности. Основным достоинством Sprint-Layout является интуитивно понятный интерфейс, включающий в себя лишь самые необходимые инструменты для подготовки печатных плат размером 300 на 300 мм. Программа позволяет работать с двумя слоями (проводников и маркировки) для каждой стороны платы. Дополнительные возможности - слой паяльной маски, металлизация, SMD-маска. Встроенный трассировщик только помогает разводить проводники, и не является автоматическим. В пополняемой библиотеке содержатся наиболее распространенные электронные компоненты.При создании платы потребовались следующие элементы: микроконтроллер, резисторы, конденсатор, светодиоды, кнопки. Ширина дорожек составляет 1мм, контакты для питания по 3мм, контакты у микросхем по 2мм.Параметры печатной платы 95х76мм.

3. Техника безопасности

Техника безопасности при электромонтажных работах

Работа с электроприборами очень опасна. При несоблюдении правил безопасности можно получить удар током. При этом электрический ток может поразить весь организм или нанести травму.

При поражении всего организма человек испытывает шок, может наступить паралич сердца или дыхания, ожогов при этом не наблюдается. При электрической травме поражаются внешние части тела, появляются ожоги, металлизация кожи и электрические знаки.

Для того чтобы избежать поражения электрическим током, рекомендуется выполнять следующие правила:

· новый прибор необходимо хорошо изучить по прилагаемой инструкции, прежде чем включать в сеть. Если по инструкции прибор должен быть заземлен, его нельзя использовать без заземления;

· не следует включать в сеть одновременно несколько приборов, которые расходуют много энергии. При этом могут нагреться розетки или сработать предохранители. Если это произошло, нужно немедленно отключить от сети часть приборов;

· если в корпусе электроприбора при включении возникает искрение, нельзя им пользоваться;

· нельзя прикасаться к водопроводным кранам и канализационным устройствам, а также к любым металлическим предметам, держа при этом в руках прибор, включенный в электросеть;

· необходимо не допускать попадания на электроприборы влаги или воды;

· нельзя ставить электрические нагреватели вблизи легковоспламеняющихся материалов;

· запрещается выдергивать штепсельную вилку из розетки за провод;

· необходимо оберегать кабели и электрические шнуры от перегибания и перетирания;

· нельзя касаться руками оголенных концов электрического провода;

· прежде чем приступать к работе, нужно подготовить все необходимые инструменты.

· Ни в коем случае нельзя дотрагиваться до пострадавшего от электрического тока незащищенными руками. Если нет возможности убрать провод, его можно перекусить пассатижами или кусачками с изолированными ручками. Вообще всегда нужно использовать только инструменты с изолированными ручками.

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта я изучил работу микроконтроллера PIC16F84а, который управляет автоматом-прогревателем двигателя. А так же, расширил свои знания в области программирования микроконтроллеров, с помощью программной среды MPLAB. Повысил навыки пользования программными средами sPlan и Sprint-layout.

Список литературы

1. Предко, М. Руководство по микроконтроллерам ; пер. с англ. : В 2 т. /М Предко. - М. : Постмаркет, 2001

2. Предко. М. Справочник по PIC-микроконтроллерам : пер. с англ. /М. Предко- М. : ДМК Пресс, 2004. - 504 с

3. Сташин, В.В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева; В.В. Сташин, О.Ф. Мологонцева.- М. : Энергия, 1990. - 224 с.

4. Суров В. Автомат-прогреватель двигателя.// Радио. - №10. - 2007. - C. 49-53.

5. WWW.microchip.ru

Размещено на Allbest.ru

...