Разработка измерителя оптического сигнала маяка на базе микроконтроллера

Кафедра

Систем Управления и Информатики

Группа

4145

Измеритель оптического сигнала маяка на базе микроконтроллера

Автор    курсового проекта

Левченко П.В.

(подпись)

Руководитель

Бойков В.И.

(подпись)

“

30

“

декабря

20

06

г.                                      Санкт-Петербург, 200

6

г.

Курсовой проект выполнен с оценкой

Дата защиты “

“

20

06

г.

Содержание

Введение.

1 Разработка функциональной схемы………………………………………….….4

2 Обоснование и выбор элементной базы…………………………………….…..5

2.1 Датчик …………………………………………………………..……….....…5

2.2 Усилитель…………………………….…………………………….……..…..5

2.3 Микроконтроллер………….........................................................................…6

2.4 ЖК индикатор …………………….……………..………………..….…...….6

2.5 Источник питания……………………………………………………….……6

3 Архитектура и основные элементы микроконтроллера…………………..……7

4 Блок-схема программы. …………..………..…………..………………………..12

Заключение…………………………………………………………………….…13

Литература…………………………………………………………………….….14

Приложение А……………………………………………………………………...15

Приложение Б………………………………………………………………………17

Приложение В………………………………………………………………...…….24

Приложение Г………………………………………………………………………29

                     КСУИ.217445.001.ПЗ

Изм

Лист

№ док

Подпись

Дата

Разработал

Левченко П В

Измеритель оптического сигнала на базе МК.

Пояснительная записка.

Литера

Лист

Листов

Проверил

Бойков В.И.

2

30

СПБГУИТМО

Н.Контроль

Утвердил

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка измерителя оптического сигнала маяка на базе микроконтроллера. Устройство должно отвечать следующим требованиям:

- длина волны сигнал маяка - 880 нм

- частота модуляции яркости сигнала - 16 кГц

- полоса пропускания тракта  -  1 кГц

- тип чувствительного элемента  - фотодиод

- микроконтроллер - АTMEL

- индикатор - жидкокристаллический

- питание  - 5 В постоянного тока

Данное устройство может применяться в качестве диагностического на различных соревнованиях по робототехнике. Маяк, который дает сигнал роботам к движению, работает в диапазоне длин волн, недоступных человеческому глазу. Соответственно, необходимо иметь устройство, с помощью которого можно производить диагностику данных маяков.  

КСУИ.217445.001.ПЗ

Лист

3

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1 Разработка функциональной схемы.

Рисунок 1.1 – Функциональная схема измерительного устройства (ЧЭ – чувствительный элемент (фотодиод), У – усилитель, В – выпрямитель, МК – микроконтроллер, ЖК – жидкокристаллический дисплей, ИП – источник питания)

Принцип работы устройства. Чувствительный элемент (фотодиод) принимает оптический сигнал от маяка. Параметры сигнала известны: его длина волны и частота модуляции, кроме того известна полоса пропускания тракта.  Далее сигнал поступает на усилитель и выпрямитель. Усилитель в данном устройстве необходим избирательный (полосовой), чтобы усилить конкретную полосу частот 14-16 кГц, а все остальное (помехи), вырезать. 

Далее сигнал, который уже пригоден для работы и оценки поступает на АЦП, тем самым происходит его преобразование из аналогового в цифровой. После этого микроконтроллер по заданной программе обрабатывает поступающий сигнал и выдает конечный результат на ЖК-модуль.

КСУИ.217445.001.ПЗ

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2 Обоснование и выбор элементной базы

2.1 Чувствительный элемент

Чувствительным элементом для данного устройства является фотодиод, поскольку этого требует техническое задание. Подобран фотодиод производства фирмы Honeywell. Модель SD 1420-002L. В Таблице 1 приведены основные технические характеристики фотодиода.  

Таблица 1 – Технические характеристики SD 1420-002L.

Полная спецификация на фотодиод находится в Приложении А.  

2.2 Усилитель и выпрямитель

Для усиления поступающего с датчика сигнала, необходимо применить избирательный усилитель. Избирательные усилителипредназначены для усиления сигналов в некоторой узкой полосе частот, т.е. избирательно. Их частотная характеристика должна обеспечивать требуемое усиление в заданной полосе частот и достаточно крутой спад усиления вне этой полосы. АЧХ избирательного усилителя показана на рис. 2.1.

В нашем случае усилитель собран на базе операционного усилителя с двойным Т-образным мостом. Двойной Т-образный мост – это частотная избирательная RC-цепь, она просто в реализации и отличается высокой селективностью коэффициента передачи напряжения x и угла фазового сдвига j между напряжением выхода и входа. Конечная схема избирательного усилителя показана на рис. 2.2.

Рис 2.1 АЧХ избирательного усилителя

КСУИ.217445.001.ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2.3 Микроконтроллер

Для данного устройства был выбран контролер Atmel ATtiny26(L). Он соответствует абсолютно всем требованиям, необходимым для данной системы и в тоже время очень просто в подключении. Надо отметить, что контроллер не несет на себе функцию формирования кода для последующей подачи на ЖК-дисплей. Этим занимается встроенный в ЖК-дисплей контроллер Hitachi HD-44780. Данный же микроконтроллер необходим для расчета конечной величины, то есть непосредственно той цифры, которая будет отображаться на ЖК-дисплее.

Основные критерии, по которым был выбран именно этот контроллер:

- наличие АЦП

- наличие двух портов

- минимальное число ножек – 20

- достаточное количество памяти

Спецификация контроллера Atmel ATtiny 26(L) приведена в приложении В.

2.4 ЖК индикатор

Для вывода результата использован ЖК модуль производства Hantronix, модель HDM08111H-1. В основе использован контроллер Hitachi HD44780 (фактически является промышленным стандартом). В данном модуле имеется 8 символов (расположены в один ряд), размер символа 7.6 x 2.9 мм.

Спецификация ЖК дисплея приведена в Приложении Г.

2.5 Источник питания

Напряжение питания схемы – 5 В постоянного тока. Все токопотребляющие элементы имеют рабочее напряжение 5 В постоянного тока. Поэтому никаких преобразователей напряжения или тока не требуется. Для питания используется 3 батареи повышенной емкости типа LR6 (1.5 В). В итоге полученных 4.5 В будет достаточно для питания каждого из элементов схемы.

КСУИ.217445.001.ПЗ

Лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

3 Архитектура и основные элементы микроконтроллера

Рисунок 3.1 – Структурная схема микроконтроллера ATtiny26(L)

Котроллер ATtiny 26(L) - 8-разрядный однокристальный микроконтроллер