Курсовая работа на тему: Проектирование системы климат-контроля автомобиля

Федеральное Агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра радиотехнических систем

ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ КЛИМАТ-

КОНТРОЛЯ АВТОМОБИЛЯ.

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу «Проектирование микропроцессоров»

ЮУрГУ– ПС-435

Руководитель

Гак С.П.

Автор проекта

студент группы ПС – 435

Белов И.С.

« » 2009 г.

Проект защищен с оценкой

______________________

« » 2009 г.

Челябинск 2009

Аннотация

Белов И. С. Система климат - контроля

автомобиля.- Челябинск: ЮУрГУ, ПС; 2009,14с,8 илл.,1 таблица,библиография

литературы -6 наименований,1 лист

чертежа ф. А3

В данном курсовом проекте разработана система климат – контроля автомобиля. В первой части произведен выбор и расчет необходимых элементов для создания данного устройства. Во второй части приведено описание его работы.

Содержание

1. Техническое задание ...……...…………………………………….............................4

2. Введение…………….……..…………………………………… …….……………….5

3. Расчет и выбор компонентов электрической схемы ……………..…… ………6

4. Описание работы устройства …………………………..………………… ………11

5. Список литературы………………..…..……………………………………………14

6. Приложения…………………………..…..………………………………………….15

Приложение 1. Листинг программы микроконтроллера

Приложение 2. Система климат - контроля автомобиля. Схема электрическая принципиальная

Приложение 3. Перечень элементов

Техническое задание.

Разработать систему климат - контроля автомобиля.

Параметры:

Диапазон регулируемых температур 16- 28 градусов.

Питание устройства 11,5-14,3 вольта.

Управление системой осуществляется микроконтроллером PIC 16F628

Датчик температуры - цифровой термодатчик фирмы Dallas DS1821.

Введение

Целью данного курсового проекта является разработка собственной системы климат - контроля автомобиля. Полученные знания в ходе изучения курса «Проектирование микропроцессоров» позволяют создать устройство с использованием сложных цифровых микросхем. Благодаря этому можно получить изделие с наименьшим числом различных компонентов, так как почти все функции способен реализовать микроконтроллер. С моей точки зрения самое главное в нашем проекте – написание программного обеспечения. От правильности алгоритма напрямую зависит работа микроконтроллера, а значит всего устройства в целом. Для отладки программы используется интегрированная среда разработки MPLAB 8.30. С использованием имеющегося там симулятора можно устранить многие ошибки, которые могли бы возникнуть в ходе работы микроконтроллера, что и является главной задачей разработчика.

Расчет и выбор компонентов электрической схемы

Для управления всем устройством выбран микроконтроллер среднего семейства PIC 16F628. Его описание можно найти в технической документации DS40300B компании Microchip Technology Incorporated, USA. Главным условием такого выбора было – аппаратная реализация широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Тактирование микроконтроллера производится от внешнего керамического резонатора частотой 800 кГц. Таким образом, время одного такта составляет 1,25 мкс.

Управление заслонкой радиатора отопителя осуществляется сервоприводом HS-625MG. Управляющий сигнал (Рис. 1) - это импульсный сигнал с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией), представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой 3-5 В и длительностью от 1.1 до 1.9мс. Номинальная периодичность следования импульсов обычно 50 Гц (интервал - 20 мс), но сервоприводы сохраняют работоспособность и при достаточно сильном отклонении этого параметра (15-20%). Таким образом скважность управляющего сигнала очень маленькая - от 5,5% до 9,5%.

Рис. 1 Сигнал управления сервоприводом

Технические характеристики HS-625MG:

1.Напряжение питания 4.8-6 В

2. Усилие на валу 5.5 кг/см

3. Ток управляющего сигнала 8-10 мА

4. Ток при повороте 400 мА

Для задания температуры используются инкрементный энкодер ECW фирмы Bourns. Выходной сигнал (рис. 2)– двухбитный код грея, канал А смещен относительно канала В на 90 градусов по часовой стрелке.

рис. 2

Отображение заданной температуры выполняется двухразрядным семисегментным индикатором GND-5624BG с общим анодом. Схема соединения диодов рис. 3

рис. 3

Технические характеристики:

1. Подключение - общий анод

2. Прямое падение напряжения 2.1В

3. Прямой ток 10 мА

4. Цвет зеленый

5. Сила света при Iпр=10 мА 800 мккд

Управление индикатором происходит через восьмиразрядный сдвиговый регистр mc74hc595a с последовательным вводом, последовательным или параллельным выводом информации, с триггером-защелкой и тремя состояниями на выходе

Необходимые технические характеристики:

1. Напряжение питания 2-6 В

2. Максимальный ток потребления 75 мА

3. Выходной ток на ножку 35 мА

4. Входной ток на ножку 20 мА

5. Напряжение выхода «0» максимум 0.1В

6. Напряжение выхода «1» минимум 4.5В

Дополнительная информация находится в техническом описании MC74HC595A на сайте http://onsemi.com.

Между выходами регистра и входами индикатора необходимо установить ограничивающие резисторы сопротивлением 280 Ом.

R = (Uп-Uд-Uвых0)/Iд

R = (5-2.1-0.1)/0.01=280 Ом

Для определения температуры в салоне автомобиля служит цифровой датчик температуры DS1821. Зависимость выходного кода DS1821 от температуры приведена в таблице:

Температура Выходной двоичный код Выходной шестнадцатеричный код

+125 0111 1101 7Dh

+85 0101 0101 55h

+25 0001 1001 19h

0 0000 0000 00h

-1 1111 1111 FFh

-25 1110 0111 E7h

-55 1100 1001 C9h

Обмен информацией между датчиком и микроконтроллером

осуществляется через однопроводной интерфейс 1-Wire. На рисунке 4 показана упрощенная схема аппаратной реализации интерфейса 1-Wire. Вывод DQ устройства представляет собой вход КМОП-логического элемента, который может быть зашунтирован (замкнут на общий провод) полевым транзистором. Сопротивление канала этого транзистора в открытом состоянии - около 100 Ом. Когда транзистор заперт - имеется небольшой ток утечки (примерно 5 мкА) на общий провод.

Шина 1-Wire должна быть подтянута отдельным резистором к напряжению питания устройств. Сопротивление этого резистора 4.7 КОм, однако, это значение рекомендовано только для достаточно коротких линий.

Рис. 4

Обмен информации ведется так называемыми тайм-слотами: один тайм-слот служит для обмена одним битом информации. Данные передаются побайтно, бит за битом, начиная с младшего бита. На рисунке 5 показана диаграмма сигналов RESET и PRESENCE, с которых всегда начинается любой обмен данными.

Рис. 5

Рисунок 6 демонстрирует временные диаграммы тайм-слотов всех 4-х типов: вверху показаны тайм-слоты передачи от МК, внизу - приема от устройства.

Рис. 6

Последовательность действий при измерении температуры должна быть следующей:

• Посылаем импульс сброса и принимаем ответ термометра.

• Посылаем команду Skip ROM [CCh].

• Посылаем команду Convert T [44h].

• Формируем задержку минимум 500мс.

• Посылаем импульс сброса и принимаем ответ термометра.

• Посылаем команду Skip ROM [CCh].

• Посылаем команду Read Scratchpad [BEh].

• Читаем данные из промежуточного ОЗУ.

Более подробная информация по техническому описанию находится по адресу http://datasheets.maxim-ic.com/en/ds/DS1821.pdf

Питание схемы выполнено с помощью стабилизатора напряжения KA7805АЕ, выходной ток 1А, входное напряжение 7-20 В, выходное напряжение 4,75-5,25 В. Схема включения на рис. 7

Рис. 7

Нагрузочные конденсаторы Сi=0,33 мкФ и Сo=0,1 мкФ рекомендованы производителем. Техническая документация: http://www.fairchildsemi.com/ds/KA/KA7805AE.pdf

Общий суммарный ток потребления составляет 573 мА. Для защиты от обратного включения служит диод КД 243 А, прямой ток составляет 1А,падение напряжение 1,1 В, обратный ток 0,01 мА. Также в цепи перед стабилизатором стоит быстродействующий предохранитель N15 (0.6A).

Керамический резонатор R 0.800 - JTB/J устанавливается параллельно входам OSC1 и OSC2 микроконтроллера. При подключении используются 2 конденсатора по 100 пФ, емкости рекомендованы изготовителем: http://www.arcos.ru.postman.ru/upload/jtb.pdf.

Разъемы ХР1 служат для соединения устройства с напряжением питания в автомобиле, ХР2 для соединения с датчиком температуры, ХР3 для соединения с сервоприводом.

Описание работы устройства

При включении устройства на дисплей выводится температура, записанная ранее в EEPROM(самое первое значение после прошивки -16). При вращении энкодера по часовой стрелке ее значение увеличивается, против - уменьшается. Далее микроконтроллер считывает температуру с датчика и вычисляет полученную ошибку. В зависимости от ошибки он открывает заслонку. В данном проекте реализовано пропорциональное регулирование.

Рис. 8

На рисунке 8 приведена зависимость открытия заслонки от рассогласования. В нашем случае 1900 мкс - соответствует ее полному открытию, 1100 мкс-полному закрытию. В скобках указаны числа, которые будут записываться в регистр, управляющий скважностью, для получения соответствующих сигналов ШИМ. E,◦С – ошибка, равная Тзад- Тизм. Период ШИМ определяется значением в регистре PR2 и может быть вычислен по формуле:

Тшим =( PR2+1)*4*Тosc*(коэффициент предделителя TMR2)

Таким образом для получения периода в 20 мс, необходимо в PR2 записать 249. Скважность ШИМ определяется битами в регистре CCPR1L, CCP1CON<5:4>. Для 10-разрядного ШИМ старшие 8 бит сохраняются в CCPR1L, младшие 2 бита в CCP1CON<5:4>. Длительность высокого уровня определяется формулой:

Тимп=( CCPR1L: CCP1CON<5:4>)* Тosc*(коэффициент предделителя TMR2).

Поэтому при загрузке 55 в CCPR1L: CCP1CON<5:4> мы получим Тимп=1,1мс, а при 95 Тимп=1,9 мс. Коэффициент регулирования равен

К=∆Т/Е

∆Т=95-55=40, Е=4,тогда К=10. В разработанной программе предусмотрено изменение коэффициента регулирования и максимальной ошибки Е. Путем выбора параметров регулирования П-регулятора можно существенно уменьшить установившуюся ошибку регулирования, однако ее полное устранение не представляется возможным даже теоретически.

Список литературы

1. Предко М. «Справочник по PIC микроконтроллерам»

2. Уилмсхерст Т. «Разработка встроенных систем с помощью микроконтроллеров PIC»

3. Заец Н.И. «Радиолюбительские конструкции на PIC-микроконтроллерах. Книга 2»

4. Яценков В.С. Микроконтроллеры MicroChip. Практическое руководство

5. Тавернье К .PIC-микроконтроллеры. Практика применения

6. Internet ресурсы