Разработка схемы электрической принципиальной извещателя дымового оптико-электронного на микропроцессоре

Отчет по теме:

«Разработка схемы электрической принципиальной извещателя дымового оптико-электронного на микропроцессоре».

В зависимости от функциональных возможностей микроконтроллеров различных производителей (Microchip, Atmel, Holtek) при разработке схемы и технологии настройки и проверки возможны два принципиальных различающихся подхода:

1. При использовании микроконтроллера без ПЗУ (постоянного запоминающего устройства) процесс настройки включает в себя два этапа программирования:

•   первоначальное программирование основной программы
•   допрограммирование констант в определенные ячейки основной программы по результатам настройки внешним устройством

2. При использовании микроконтроллера с внутренним ПЗУ настройка чувствительности извещателя осуществляется непосредственно самим микроконтроллером (при замыкании одного из его входов на выбранный уровень напряжения при настройке). В этом случае отпадает необходимость повторного программирования.

Выбранные микроконтроллеры Atmel и Holtek имеют внутреннее ПЗУ, микроконтроллер Microchip такого ПЗУ не имеет.

Разработанная схема позволяет совместить оба вышеописанных подхода для микроконтроллеров Atmel и Microchip.

Описание работы дымового извещателя на микропроцессоре.

Окончательный вариант схемы извещателя на микроконтроллере приведен в Приложении.

1. Питание датчика осуществляется через диодную матрицу VD6, далее через токоограничивающий каскад (транзисторы VT5, VT6, резисторы R20, R21, R27) напряжение питания попадает на первый каскад стабилизации на стабилитроне VD3 (около 6В). Этим напряжением запитывается передающая цепь на составном транзисторе VT1, VT2, который на короткое время (40 мкс) пропускает мощный импульс тока через ИК-светодиод VD2. Все остальное время (1 сек) происходит накопление заряда в конденсаторе C7. Этим же 6-тивольтовым напряжением (через резистор R4) запитывается и каскад приемника на микромощном операционном усилителе D1.

В дежурном режиме потребление датчика составляет 70 мкА. Этим микротоком производится постепенный заряд емкостного накопителя C7 в течение 1 сек, затем в течение 40 мкс во время мощного импульса тока через ИК-светодиод С7 разряжается.

2. Для питания микропроцессора (D2) могут быть применены 2 схемы:

•  стабилизатор на составном транзисторе VT3, VT4. Опорное напряжение на этот стабилизатор поступает со стабилитрона VD4 (около 4В), поэтому с эмиттера VT4 (VDD) на питающий вывод микропроцессора поступает 3,0-3,2В;
• микропотребляющий трехвыводной стабилизатор на 3,0В (3,3В) производства Holtek (типа HT7130, HT7133 или аналогичный других производителей).

Вариант серийно выпускаемого трехвыводного стабилизатора с точки зрения техники, конструкции и технологии более предпочтителен. Этот вариант обеспечивает большую точность и стабильность параметров питания микроконтроллера.

Минусом такого подхода может являться большая цена по сравнению со схемой на стабилитроне и составном транзисторе.

Сравнительные характеристики этих вариантов схемы стабилизатора приведены в таблице 1.

3. Выходной ключ, включающий режим «Пожар», также можно реализовать двумя способами:

·  Первый вариант включает транзисторы VT7…VT10, резисторы R24, R25, R28, R29. Такой каскад осуществляет внутреннее ограничение тока в режиме «Пожар» на уровне 17-18 мА.

·  Второй вариант включает транзистор VT7, стабилитрон VD5, резистор R26. Данный вариант не  осуществляет внутреннее ограничение тока в режиме «Пожар» и требует при включении извещателя в шлейф токоограничительного резистора.   

Сравнительные характеристики этих вариантов схемы выходного ключа также приведены в таблице 1.

4. Каскад на транзисторе VT11 следит за напряжением на линии:        

если К1=0 – питание присутствует, К1=1 – питание на линии отсутствует.

5. Приемник на ОУ D1 осуществляет усиление (примерно в 100 раз) импульса, образующегося на фотодиоде VD1 в результате мощной вспышки ИК-излучения на светодиоде VD2. Происходит усиление только переменной составляющей сигнала, коэффициент усиления определяется соотношением параллельного соединения R6 и  R7 и  сопротивления R5. С выхода приемника импульс через делитель R9, R10, C5 поступает на вход АЦП микроконтроллера, где (в определенный момент времени) и анализируется.

По сравнению со схемой серийно выпускаемого извещателя добавлены следующие элементы:

·  Конденсатор С5 для сглаживания паразитных выбросов на фронтах измеряемого импульса;

·  Цепочка, состоящая из резистора R34 и чувствительного терморезистора TR1 (с отрицательным коэффициентом), осуществляющая термокомпенсацию коэффициента усиления ОУ D1 при изменении температуры.

Необходимые данные по термостабилизирующей цепочке приведены в таблице 1,   

Алгоритм работы микропроцессора c ПЗУ.

1. Ноги микропроцессора:

2 (OUT) – выходной ключ;    «0» – ключ закрыт;   «1» -  ключ открыт

3 (PULS) – выход для управления работой ИК-светодиода VD2;                               «0» - светодиод закрыт;   «1» - светодиод открывается

4 (К1) – цифровой вход для слежения за напряжением на линии;                                               «0» - напряжение на линии есть;  «1» - напряжение пропало

5 (INA) – аналоговый вход для измерения напряжения на выходе приемника

7 (R/T) – цифровой вход работа/тест;  «0» - работа, «1» - тест