Modul de alimentare cu energie electrica a unor montaje simple sau chiar a aparaturii complexe executate de amatori are o mare importanta pentru buna lor functionare

Universitatea Hyperion

Facultatea de Electronica, Automatica si informatica aplicata

An IVPROIECT LA SISTEME CAD/CAMTema proiectului: Proiectarea unui ceas digital cu dat i termometru

Bucuresti

2012/2013

Cuprins

1.Definirea obiectivelorpag.3

2.Masurarea parametrilor .....pag.4

3.Analiza produsului electronic pentru gasirea unei solutii.pag.4 4.Proiectarea tehnica a produsului electronic ......pag.6

5.Verificarea si validarea .pag.10.

I.Definirea obiectivelorFuncionarea ceasului const in afiarea datei,orei i a temperaturii.Acestea vor fii afiate pe rnd la un interval de cteva secunde.Am optat pentru creearea unui ceas cu afiaj digital i termometru deoarece doresc s l cataloghez ca fiind un ceas rutier care poate fii amplasat pe marginea parii carosabile,att n localiti ct i n afara lor,avnd ca scop informarea participaniilor la traficul rutier despre data,ora i temoeratura din acel moment.

Sistemul are o funcionare sigur, este uor de ntreinut, este de asemenea dinamic i flexibil din punct de vedere al exploatrii.Alte caracteristici importante sunt:

-consumul redus de energie

- funcioneaz mult timp cu o baterie 9V

-circuitele se nlocuiesc uor

-un cost sczut de producieProictarea unui ceas cu afiaj digital i termometru realizat de autor are scop didactic cu rolul de a demonstra cunotiinele autorului n domeniul programrii microcontrolerelor,i ncorporarea ntr-un sistem a mai multor elemente cu funcii proprii pentru realizarea ceasului cu afiaj digital i termometru.

Elementul central al sistemului este microcontrolerul PIC16F84A,n sistem mai sunt incorporate un senzor de temperatura cu termostat (DS1621) ,4 afiaje digitale i un regulator de tensiune.

Pentru creeare proiectului am folosit programul Altium Designer Summer09 cunoscut i sub denumirea de Protel,care este un mediu integrat de proiectare i manipulare a documentelor, a proiectelor electronice, pornind de la concepie pn la placa echipat.Compilatorul folosit pentru incrcarea programului n microcontroler este PonyProg soft de programare i citire serial.Am ales realizarea unui ceas cu afiaj digital i termometru deoarece trim ntr-o lume care este ntr-o continu micare unde totul se bazeaza de timp i exactitate,i nc de apariia primelor sisteme de msurare a timpului acestea au fcut viaa oamenilor mai uoar.

II.Masurarea Parametrilor In tabelul de masura vom scrie atat componentele continute de produsul electronic cat si indicatorii de performanta ai acestuia.

Nr.crtVariabila masurareUnitate de masuraMetodologie

1Consum energieKwhContor electric

2TemperaturaCSenzor

3BaterieVMetoda de masurare

4Microcontroler

5Costul de productie

6Durata de functionare garantatahMetodologie masura

III.Analiza produsului electronic pentru gasirea unei solutiiFuncionarea ceasului const in afiarea datei,orei i a temperaturii.Acestea vor fii afiate pe rnd la un interval de cteva secunde.Am optat pentru creearea unui ceas cu afiaj digital i termometru deoarece doresc s l cataloghez ca fiind un ceas rutier care poate fii amplasat pe marginea parii carosabile,att n localiti ct i n afara lor,avnd ca scop informarea participaniilor la traficul rutier despre data,ora i temoeratura din acel moment.Acest ceas poate fii folosit n orice mediu,ca un ceas simplu de camer,n intreprinderi (hale,magazine),sau in orice alte domenii n care dorim.Fiind foatre practic eu am decis s l folosesc ca i ceas ceas rutier de ntiinare a participanilor la trafic despre data,ora i temperatura de pe sectoarele de drum unde este instalat.Deoarece nu este ceva ce se realizeaz foarte greu,i nici costurile de producie nu sunt foarte ridicate ar fii un lucru foarte bun s ntlnim ct mai multe astfel de mecanisme pe drumurile publice din Romnia.

Pentru aceasta putem realiza un studiu de pia pentru a vedea reacia oamenilor referitor la acest proiect.Fiindc am vzut prea puine astfel de sisteme care sunt foarte practice de aici a venit i ideea de proiectare a ceasului.

Dup acestea trebuie s ne ocupm de partea legislativ,deoarece trebuie amplasate pe marginea carosabil trebuie s inem cont de legislaia n vigoare i normele aplicrii ei.Un exemplu ar fii s facem un proiect stict despre montarea acestor dispozitive,s ne adresm autoritilor competente,i dup demararea tuturor procedurilor i autorizaiilor putem ncepe amplasarea lor pe sectoarele de drum pentru care am iniiat proiectul.

Dup cum am spus elementul central al sistemului este microcontrolerul PIC16F84A.Acesta face parte din familia microcontrolerelor PIC16 pe 8 bii i l-am ales deoareceeste unul din cele mai folosite i fiabile din clasa sa.Un aspect important l are i preul,acesta fiind destul de accesibil.

Circumstanele n care ne gsim astzi n domeniul microcontrolerelor i-au avut nceputurile n dezvoltarea tehnologiei circuitelor integrate. Aceast dezvoltare a fcut posibil nmagazinarea a sute de mii de tranzistoare ntr-un singur cip. Aceasta a fost o premiz pentru producia de microprocesoare, i primele calculatoare au fost fcute prin adugarea perifericelor ca memorie, linii intrare-ieire, timer-i i altele. Urmtoarea cretere a volumului capsuleia dus la crearea circuitelor integrate. Aceste circuite integrate conin att procesorul ct i perifericele,aa s-a ntmplat cum primul cip coninnd un microcalculator, sau ce va deveni cunoscut mai trziu ca microcontroler a luat fiin.Toate aplicaiile n care se utilizeaz microcontrolere fac parte din categoria aa ziselor sisteme ncapsulate-integrate (embedded systems), la care existena unui sistem de calcul incorporat este (aproape) transparent pentru utilizator.Pentru ca utilizarea lor este de foarte ori sinonim cu ideea de control, microcontrolerele sunt utilizate masiv n robotic i mecatronicIV.Proiectarea tehnica a produsului electronic

Microcontrolerul difer de un microprocesor n multe feluri. n primul rnd i cel mai important este funcionalitatea sa. Pentru a fi folosit, unui microprocesor trebuie s i se adauge alte componente ca memorie, sau componente pentru primirea i trimiterea de date. Pe scurt, aceasta nseamn c microprocesorul este inima calculatorului. Pe de alt parte, microcontrolerul este proiectat s fie toate acestea ntr-unul singur. Nu sunt necesare alte componente externe pentru aplicarea sa pentru c toate perifericele necesare sunt deja incluse n el. Astfel, economisim timpul i spaiul necesare pentru construirea de aparate. 2.1 Introducere in MicrocontrolereMicrocontrolerul este alctuit din mai multe elemente de baz,acestea sunt:a) Unitatea de memorie

Memoria este o parte a microcontrolerului a crei funcie este de a nmagazina date. Cel mai uor mod de a explica este de a-l descrie ca un dulap mare cu multe sertare. Dac presupunem c am marcat sertarele ntr-un asemenea fel nct s nu fie confundate, oricare din coninutul lor va fi atunci uor accesibil. Este suficient s se tie desemnarea sertarului i astfel coninutul lui ne va fi cunoscut n mod sigur.

Fig 2.1 Exemplul unui model simplificat de unitate de memorie

Pentru o anumit intrare obinem coninutul unei anumite locaii de memorie adresate i aceasta este totul. Dou noi concepte ne sunt aduse: adresarea i locaia de memorie,memoria const din toate locaiile de memorie, i adresarea nu este altceva dect selectarea uneia din ele.b) Unitatea de procesare central

S adugm alte 3 locaii de memorie pentru un bloc specific ce va avea o capabilitate incorporat de nmulire, mprire, scdere i s-i mutm coninutul dintr-o locaie de memorie n alta. Partea pe care tocmai am adugat-o este numit "unitatea de procesare central" (CPU), iar locaiile ei de memorie sunt numite regitri.

Fig 2.2 Exemplul unei uniti simplificate de procesare central cu trei regitrii

Regitrii sunt deci locaii de memorie al cror rol este de a ajuta prin executarea a variate operaii matematice sau a altor operaii cu date oriunde se vor fi gsit datele.

c) Buss-ul

Calea este numit "bus"- magistral, el reprezint un grup de 8, 16, sau mai multe fire. Sunt dou tipuri de bus-uri: bus de adres i bus de date. Primul const din attea linii ct este cantitatea de memorie ce dorim s o adresm, iar cellalt este att de lat ct sunt datele, n cazul nostru 8 bii sau linia de conectare. Primul servete la transmiterea adreselor de la CPU la memorie, iar cel de al doilea la conectarea tuturor blocurilor din interiorul microcontrolerului.

Fig 2.3 Conectarea memoriei i a unitii centrale folosind buss-urile

d) Unitatea intrate-ieire

Aceste locaii ce tocmai le-am adugat sunt numite "porturi". Sunt diferite tipuri de porturi: intrare, ieire sau porturi pe dou-ci. Cnd se lucreaz cu porturi, mai nti de toate este necesar s se aleag cu ce port urmeaz s se lucreze, i apoi s se trimit date la, sau s se ia date de la port.

Fig 2.4 Exemplul unei uniti Intrare-Ieiree) Comunicaia serial

Cu aceasta am adugat la unitatea deja existent posibilitatea comunicrii cu lumea de afar. Totui, acest mod de comunicare are neajunsurile lui. Unul din neajunsurile de baz este numrul de linii ce trebuie s fie folosite pentru a transfera datele,si daca vrem s transmitem datele la civa kilometrii distan ar trebui sa inmulim numarul de linii cu numrul de kilometrii i am ajunge la costuri foarte mari.

Pentru c avem linii separate de recepie i de transmitere, este posibil s recepionm i s transmitem date n acelai timp. Blocul aa numit full-duplex mode ce permite acest mod de comunicare este numit blocul de comunicare serial. Spre deosebire de transmisia paralel, datele sunt mutate aici bit cu bit, sau ntr-o serie de bii, de unde vine i numele de comunicaie serial.

Fig 2.5 Schema simplificat a unei comunicri seriale

Nu ne rmne dect s reducem numrul de liniintr-un aa fel nct s nu scdem funcionalitatea. S presupunem c lucrm doar cu 3 linii, i c o linie este folosit pentru trimiterea de date, alta pentru recepie i a treia este folosit ca o linie de referinatt pentru partea de intrare ct i pentru partea de ieire.f) Unitatea timer

Acum c avem comunicaia serial, putem recepiona, trimite i procesa date.

Fig 2.6 Unitatea de timer genereaz semnale la intervale regulate de timpTotui, pentru noi ca s putem s l folosim n industrie mai avem nevoie de cteva blocuri. Unul din acestea este blocul timer care este important pentru noi pentru c ne d informaia de timp, durat, protocol etc. Unitatea de baz a timer-ului este un contor liber (free-run) care este de fapt un registru a crui valoare numeric crete cu unu la intervale egale, aa nct lundu-i valoarea dup intervalele T1 i T2 i pe baza diferenei lor s putem determina ct timp a trecut. Acesta este o parte foarte important a microcontrolerului al crui control cere cea mai mare parte a timpului nostru. g) Watchdog-ulnc un lucru ce necesit atenia noastr este funcionarea fr defecte amicrocontrolerului n timpul funcionrii. S presupunem c urmarea unei anumite interferene (ce adesea se ntmpl n industrie) microcontrolerul nostru se oprete din executarea programului, sau i mai ru, ncepe s funcioneze incorect.

Fig 2.7

h) Convertorul Analog-Digital

Pentru c semnalele de la periferice sunt substanial diferite de cele pe care le poate nelege microcontrolerul (zero i unu), ele trebuie convertite ntr-un mod care s fie neles de microcontroler. Aceast sarcin este ndeplinit de un bloc pentru conversia analog-digital sau de un convertor AD. Acest bloc este responsabil pentru convertirea unei informaii despre o anumit valoare analogic ntr-un numr binar i pentru a o urmri pe tot parcursul la un bloc CPU aa ca blocul CPU s o poat procesa.

Fig 2.8 Schema bloc pentru convertirea unui semnal alalogic n digital

Astfel microcontrolerul este acum terminat, i tot ce mai rmne de fcut este de a-l pune ntr-o component electronic unde va accesa blocurile interioare prin pinii acestei componente. Imaginea de mai jos arat cum arat un microcontroler n interior.

Fig.2.9 Imaginea unui microcontroler n interiorLiniile subiri ce merg din interior ctre prile microcontrlerului reprezint fire conectnd blocurile interioare cu pinii capsulei microcontrolerului. Schema urmtoare reprezint seciunea central a microcontrolerului.

Fig 2.10 Schema Microcontrolerului cu elementele lui de baz i coneziunile sale internePentru o aplicaie real, un microcontroler singur nu este de ajuns. n afar de microcontroler, avem nevoie de un program pe care s-l execute, i alte cteva elemente ce constituie o interfa logic ctre elementele de stabilizare.

i) Programul

Scrierea programului este un domeniu special de lucru al microcontolerului i este denumit "programare". S ncercm s scriem un mic program ce l vom crea singuri i pe care oricine va fi n stare s-l neleag.

STARTREGISTER1=MEMORY LOCATION_A

REGISTER2=MEMORY LOCATION_B

PORTA=REGISTER1 + REGISTER2

ENDProgramul adaug coninuturile a dou locaii de memorie, i vede totalul lor la portul A. Prima linie a programului este pentru mutarea coninuturilor locaiei de memorie "A" ntr-unul din regitri unitii centrale de procesare. Pentru c avem nevoie i de celelalte date de asemenea, le vom muta de asemenea n cellalt registru al unitii centrale de procesare. Urmtoarea instruciune instruiete unitatea central de procesare s adauge coninuturile celor doi regitri s trimit un rezultat obinut la portul A, nct suma acestei adugri s fie vizibil pentru toat lumea de afar. Programarea poate fi fcut n ctava limbaje ca Assembler, C i Basic care sunt cele mai folosite limbaje.PAGE 1