Проектирование поворотно-остановочного сигнала на Arduino. Курсовая МС. 1 Общая часть 5 1 Анализ существующих аналогичных устройств 6
 Скачать 3.94 Mb.
|
2 Специальная часть2.1 Разработка структурной схемыДля дальнейшей разработки устройства, была разработана структурная схема устройства, показана на рисунке 2.22 Проектируемый поворотно-остановочный сигнал содержит следующие компоненты и выполняют свои функции: Питание автомобиля, обеспечивает питанием платформу Bluetooth модуль, для связи с мобильным телефоном Платформа Arduino Nano с микроконтроллером ATMega328, выполняет команды Преобразователь DC-DC Converter, преобразует напряжение Табло 16х64, используется для отображения результата   2.2 Обоснование выбора элементной базыНа из важнейших этапов разработки любого устройства это выбор элементной базы, так как от правильного выбора зависит будет-ли в конечной итоге устройство отвечать всем требованиям, предъявляемый к ней. На сегодняшних день схожих себе помощников еще не существует. Для этого мне пришлось детально подойти к реализации проекта. Платформа Arduino Nano(рис. 2.23), это одноплатный контроллер с открытыми начальными кодами, который возможно использовать во множестве различных приложений. Это - самый простой и наиболее дешевый вариант из микроконтроллеров. В платах Arduino используются либо микроконтроллеры ATmega168, либо его ближайший собрат микроконтроллер ATmega328P, а в некоторых из версий имеется интерфейс USB. Обладают шестью или более выводами аналоговых входов и четырнадцатью или более выводами цифровых входов и выходов, использующихся для возможности подключения к микроконтроллеру датчиков, различных приводов и иных периферийных схем. В Arduino Nano есть восстанавливаемые предохранители, защищающие USВ-порт компьютера от коротких замыканий и перегрузок. Несмотря на то, что большинство компьютеров имеют собственную защиту, такие предохранители обеспечивают дополнительный уровень защиты. Если от USВ-порта потребляется ток более 500 мА, предохранитель автоматически разорвет соединение до устранения причин короткого замыкания или перегрузки. ATmega328P поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы С++, макроассемблеры, программные симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.  Рисунок 2.22 – Arduino Nano Основные преимущества Arduino Nano: Отличная платформа для начинающих. Крошечный размер делает его идеальным для компактных проектов. Функционально так же, как их более крупные аналоги. удобная среда разработки; возможности расширения; широкая периферия. открытый исходный код; Платформа имеет штырьковые контакты, что позволяет легко устанавливать её на breadboard. Используйте Arduino Nano там, где важна компактность, а возможностей Arduino Mini либо не достаточно, либо не хочется заниматься пайкой. Характеристики: Микроконтроллер: ATmega328P; Тактовая частота: 16 МГц; Напряжение логических уровней: 5 В; Входное напряжение питания: 7...12 В Портов ввода-вывода общего назначения: 22; Портов с поддержкой ШИМ: 6; Портов, подключённых к АЦП: 8; Flash-память: 32 КБ; Габариты: 18×45 мм. Распиновка платформы Arduino Nano(рис 2.24)  Рисунок 2.23 – Распиновка платформы Arduino Nano Обозначение выводов модуля показана на рис. 2.25 Пины питания: VIN: Входной пин для подключения внешнего источника питания с напряжением в диапазоне от 7 до 12 вольт. 5V: Выходной пин от регулятора напряжения на плате с выходом 5 вольт и максимальных током 800 мА. Питать устройство через вывод 5V не рекомендуется — вы рискуете спалить плату. 3.3V: Выходной пин от стабилизатора микросхемы FT232R с выходом 3,3 вольта и максимальных током 50 мА. Питать устройство через вывод 3V3 не рекомендуется — вы рискуете спалить плату. GND: Выводы земли. AREF: Пин для подключения внешнего опорного напряжения АЦП относительно которого, происходят аналоговые измерения при использовании функции analogReference() с параметром «EXTERNAL». Порты ввода/вывода Цифровые входы/выходы: пины 0–13 Логический уровень единицы — 5 В, нуля — 0 В. Максимальный ток выхода — 40 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программой. ШИМ: пины 3,5,6,9,10 и 11 Позволяет выводить аналоговые значения в виде ШИМ-сигнала. Разрядность ШИМ не меняется и установлена в 8 бит. АЦП: пины A0–A7 Позволяет представить аналоговое напряжение в цифровом виде. Разрядность АЦП не меняется и установлена в 10 бит. Диапазон входного напряжения от 0 до 5 В. При подаче большего напряжения — вы убьёте микроконтроллер. TWI/I²C: пины A4(SDA) и A5(SCL) Для общения с периферией по интерфейсу I²C. Для работы используйте библиотеку Wire. SPI: пины 11(MOSI), 12(MISO), 13(SCK) и 10(SS) Для общения с периферией по интерфейсу SPI. Для работы — используйте библиотеку SPI. UART: пины 0(RX) и 1(TX) Используется для коммуникации платы Arduino с компьютером или другими устройствами по последовательному интерфейсу  Рисунок 2.24 Обозначение выводов модуля Элементы платы (рис 2.26). Микроконтроллер ATmega328P Сердцем платформы Arduino Nano является 8-битный микроконтроллер семейства AVR — ATmega328P с тактовой частотой 16 МГц. Контроллер предоставляет 32 КБ Flash-памяти для хранения прошивки, 2 КБ оперативной памяти SRAM и 1 КБ энергонезависимой памяти EEPROM для хранения данных. Микросхема FT232R Микросхема FTDI FT232R обеспечивает связь микроконтроллера ATmega328P с USB-портом компьютера. При подключении к компьютеру Nano определяется как виртуальный COM-порт.  Рисунок 2.25 – Элементы платы Из всех свыше перечисленных дисплеев, мой выбор стал на дисплей 16x64 (рис. 2.27) с строенным контролером HUB08. Так как в табло встроен контролер, благодаря этому придает простоту в сборке и эргономику всего устройства. Также можно было использовать светодиодную матрицу с микросхемой MAX7219 - предназначена для управления семисегментными светодиодным индикаторам, но из-за усложненной ее сборки, а также ее дороговизны, я остановился на 1 варианте  Рисунок 2.26 – Табло 16х64 Bluetooth — один из самых распространённых протоколов беспроводной связи на малом расстоянии для персональных электронных устройств. С его помощью работают различные устройства ввода и управления, аудиоустройства. Все существующие типы модулей Bluetooth имеют свои особенности, но по функциям и действию они похожи. Одним из видов модулей является Bluetooth HC 06. Со стороны Arduino модуль выглядит как обычный последовательный интерфейс, поэтому можно сразу наладить взаимодействие с устройством на компьютере. Основные характеристики модуля: Питание 3,3В – 6 В; Максимальное входное напряжение 5 В; Максимальный ток 45 мА; Скорость передачи данных 1200–1382400 бод, Рабочие частоты 2,40 ГГц – 2,48ГГц; Поддержка спецификации bluetooth версии 2.1; Малое потребление энергии; Высокий уровень защиты данных; Дальность связи 30 м; Распиновка модуля Bluetooth HC 06(рис. 2.28)  Рисунок 2.27 – Bluetooth HC 06 Контакты модуля: VCC , GND - плюс и минус питания; RX и TX - приемник и передатчик; MCU-INT –-выводит статус; Clear (Reset) - сбрасывание и перезагрузка модуля. Последние два вывода обычно не задействованы в работе, поэтому сейчас производятся модули без этих контактов. UART-TX - Пердача данных Arduino UART-RX - Приме данных Arduino По итогам выбора Bluetooth модуля свойства и характеристики данного модуля с лихвой хватят мне для реализации устройства. И для того, чтоб устройство безошибочно работало, использую преобразователь (DC-DC Converter), показан 2.29 на рисунке Высокоэффективный импульсный источник питания, обладающий малыми габаритами. Многооборотный переменный резистор расположенный на плате, позволяет максимально точно настроить требуемое выходное напряжение. Переменный резистор, позволяет установить максимальный ток защиты. Высокий КПД импульсного преобразователя позволяет при минимальных размерах получить высокий выходной ток. Характеристики преобразователя Диапазон входного напряжения: 4-38В (38В — максимальный предел) Диапазон выходного напряжения: 1.25V-36В (понижающий режим, вход должен быть больше, чем на выходе на 1,5 и более вольт) Выходной ток: 4.5A непрерывный, 5А — непродолжительное время. Максимальная выходная мощность: 75 Вт (требуется дополнительное охлаждение), 50 Вт — с компактным радиатором охлаждения на чип или при кратковременном использовании. Защита от перегрева и от короткого замыкания. Защиты от переполюсовки входного напряжения — нет. Эффективность преобразования: до 96% IN +: вход Положительный; IN-: вход отрицательный; OUT +: выход Положительный; OUT-: выход отрицательный Индикатор входного / выходного напряжения — 4 разряда (необходимо входное напряжение не менее 4,5 В, максимальное измеряемое напряжение — 40 В). Погрешность индикации — 0,05 В. Частота преобразования — 180 кГц.  Рисунок 2.28 DC-DC Преобразователь 2.3 Разработка электрической принципиальной схемы Принципиальная схема, схема в которой каждая деталь отображается условно-графическим обозначением (УГО). Принципиальные схемы позволяют понять, как работает устройство, как его детали соединены друг с другом. Кроме того, схема электрическая принципиальная, является исходным заданием для конструктора. Схема была разработана в онлайн сервисе EasyEDA и представлена на рисунке 2.30 EasyEDA - кросс-платформенная, веб-ориентированная среда автоматизации проектирования электроники включающая в себя редактор принципиальных схем, редактор топологии печатных плат, также средства заказа изготовления печатных плат  Рисунок 2.29 - Принципиальная схема |