طراحی و ساخت سیستم اعلان و اطفاء حریق

11 سنسور دمای LM35 سانتیگراد می باشد LM35 نیازی به کالیبره شدن ندارد زیرا ذاتا کالیبره است خروجی آن mv10 در ازای هر درجة سانتیگراد است این سنسور دارای دقت در دمای اتاق و در تمام بازة کاربردی آن یعنی از 55 تا 150 است امپدانس خروجی کوچک، خروجی خطی و کالیبراسیون دقیق ذاتی آن ارتباط با آن را برای بازخوانی و کنترل مدارات ساده می کند از آنجائیکه این سن

دسته بندی	فنی و مهندسی
فرمت فایل	doc
حجم فایل	2301 کیلو بایت
تعداد صفحات فایل	44

دریافت فایل

فروشنده فایل

کد کاربری 8044

تمام فایل ها

فهرست شکلها

عنوان صفحه

-------------------------------------------------------------------

شکل1-1 اشکال مختلف سنسور دما....................................................................2

شکل2-1 اشکال ظاهری انواع سنسورهای گاز......................................................3

شکل3-1 مدار داخلی .................................................................................4

شکل4-1 سنسورها ودتکتورهای موجود در بازار..................................................5

شکل5-1 راه اندازی وبایاس سنسور گاز..............................................................6

شکل1-2 پایه های میکروکنترولر......................................................................9

شکل2-2 مدار داخلی میکروکنترولر ................................................................10

شکل3-2 شکل واحد کنترل کلاک میکرو...........................................................14

شکل1-3 شماتیک سیستم اعلان واطفاء حریق.....................................................25

شکل2-3 پشت فیبر سیستم اعلان واطفاء حریق...................................................26

ح

فهرست جدول ها

عنوان صفحه

-------------------------------------------------------------------

جدول1-1 ولتاز آستانه پایه ریست.....................................................................12

جدول2-1 منابع کلاک...................................................................................15

.......................................................................22 RS232جدول3-1 اسامی وپایه

جدول4-1 پایه های نمایشگر...........................................................................25

خ

فهرست مطالب

عنوان صفحه

----------------------------------------------------------------------------

فصل یکم- سنسورها.......................................................................................1

1-1 سنسوردما .............................................................................................1

2-1 سنسور گاز............................................................................................3

فصل دوم-میکروکنترولر در سیستم ....................................................................7

1-2 مختصری از میکروکنترولر.......................................................................7 خصوصیات میکرو کنترلر..........................................................................82-2

3-2 ترکیب پایه ........................................................................................... 9

4-2 بلوک دیاگرام........................................................................................10

5-2 توصیف پایه ها......................................................................................11

6-2 هسته مرکزی........................................................................................12

7-2 حافظه میکروکنترولر..............................................................................13

8-2مبدل آنالوگ به دیجیتال.............................................................................17

20 ………………………………………………………...ADC9-2 کانال

10-2 حذف نویز آنالوگ................................................................................21

11-2 تراشه...............................................................................................22

12-2 برسی ..............................................................................................23

مراجع.......................................................................................................25

پیوست1 اطلاعات فنی عناصر سیستم اعلان واطفاء حریق......................................26

پ 1-1 اطلاعات سنسورگاز...........................................................................26

پ2-1 اطلاعات سنسور دما............................................................................28

پ3-1 اطلاعات میکروکنترولر.......................................................................32

فصل اول

سنسورها:

1-1 سنسور دمای LM35 :سانتیگراد می باشد. LM35 نیازی به کالیبره شدن ندارد زیرا ذاتا کالیبره است. خروجی آن ^mv10 در ازای هر درجة سانتیگراد است. این سنسور دارای دقت در دمای اتاق و در تمام بازة کاربردی آن یعنی از -55 تا -150 است. امپدانس خروجی کوچک، خروجی خطی و کالیبراسیون دقیق ذاتی آن ارتباط با آن را برای بازخوانی و کنترل مدارات ساده می کند. از آنجائیکه این سنسور تنها ^ma60 از منبع جریان می کشد، خیلی کم افزایش دمای داخلی پیدا می کند

( کمتر از 0.1 درجه در دمای اتاق ).

خلاصه ای از خصوصیات LM35 عباتست از :

● کالیبره شدة داخلی بر حسب سلسیوس.

● دارای مقیاس خطی .

● دقت تضمین شدة 0.5 ( در دمای 25 )

● بازة مجاز -55 تا -150 درجة سانتیگراد.

● قیمت مناسب پایین.

●کار با ولتاژهای 4 تا 30 ولت.

● جریان درین کمتر از 60.

● تولید گرمای داخلی کمتر از 0.08 .

● عملکرد غیر خطی تنها در حدود .

● امپدانس خروجی پایین، برای بار .

مشخصات دقیق تر برای انواع سریهای LM35 و همچنین انواع بسته بندیهای آن در انتهای پایان نامه بصورت ضمیمه آورده شده است.

1-2-1 سنسور گاز MQ 2

توسط این سنسور می توان گازهای از قبیل :بوتان,متان,الکل,دود را تشخیص دهد.

از 6 بایه تشکیل شده است,که دو بایه آن یکی A,B می باشد ودو بایه آن H می باشد.

که بایه های H به یک فیلامان متصل می باشد و بایه Aویکی از بایه های H به 5 ولت

متصل شده است و بایه دیگر H به زمین متصل شده است.

بایه B خروجی سنسور می باشد و برای تنظیم ولتاز خروجی توسط یک مقاومت 3/3 کیلو

اهم به زمین متل شده است.

اجزاء داخلی سنسور و نحوه بایاس کردنMQ2 در شکل 1-3 نشان داده شده است.

فصل دوم

نقش میکروکنترولر AVR در سیستم اعلان و اطفاء حریق

1-2 مختصری راجع به میکروکنترلرهای AVR :

میکروکنترلرهای AVR با ایجاد تحولی در معماری، جهت کاهش کد به مقدار مینیمم توسط شرکت ATMEL ارائه شد که علاوه بر کاهش و بهینه سازی مقدار کدها بطور واقع عملیات را تنها در یک کلاک سیکل، توسط معماری[1] RISC انجام می دهند. و از 32 رجیستر همه منظوره استفاده می کنند، که باعث شده 4 تا 12 بار سریعتر از میکروهای مورد استفادة کنونی باشند.

2-2 خصوصیات ATmega 32 :

—از معماری AVR RISC استفاده می کند.

- کارایی بالا و توان مصرفی کم.

- دارای 131 دستورالعمل با کارایی بالا که اکثراً تنها در یک کلاک سیکل اجرا می شوند.

- 8×32 رجیستر کاربردی.

- سرعتی تا MIPS 16 در فرکانس MHZ 16.

—حافظة برنامه و دادة غیر فرار

- k 16 بایت حافظة FLASH داخلی قابل برنامه ریزی.

- پایداری حافظة FLASH : قابلیت 000,10 بار نوشتن و پاک کردن.

- 1024 بایت حافظة داخلی SRAM.

- 512 بایت حافظة EEPROM داخلی قابل برنامه ریزی.

پایداری حافظة EEPROM قابلیت 000,100 بار نوشتن و پاک کردن.

- قفل برنامة FLASH برای محافظت از نرم افزار.

—قابلیت ارتباط JTAG (IEEE std . 1149.1 )

- برنامه ریزی برنامة FLASH ، EEPROM ، FUSE BITS ، LOCK BITS از طریق ارتباط .JTA

— خصوصیات ویژه میکروکنترلر:

Power – on reset و Brown – out قابل برنامه ریزی.

- دارای اسیلاتور RC داخلی کالیبره شده.

- دارای 6 حالت Sleep ( Power–Down ، IDLE ، Power–Save ، Standby ، Extended Standby ، ADC Noise Reduction )

- منابع وقفة داخلی و خارجی

- عملکرد کاملاً ثابت

- توان مصرفی پایین و سرعت بالا توسط تکنولوژی CMOS

ولتاژ عملیاتی:

^v4.5 تا ^v5.5.

فرکانسهای کاری : 0^MHZ تا 16^MHZ.

خطوط I/O و انواع بسته بندی :

-32 خط ورودی- خروجی قابل برنامه ریزی.

40 پایه DDPI ،44 پایه TQFP ،44 پایه MLF

3-2 ترکیب پایه ها ی ATmega 32 ( DDPI ):

4-2 بلوک دیاگرام ATmega 32 :

5-2 توصیف پایه ها ATmega 32:

VCC : تغذیة ولتاژ دیجیتال.

GND : زمین.

PORTA ( PA7... PA0 ) : پورت A بعنوان ورودی آنالوگ مبدل A/D عمل می کند. اگر از پورت A بعنوان مبدل A/D استفاده نشود، بعنوان پورت I/O دو طرفه عمل می کند. پین های پورت دارای مقاومت Pull-up داخلی هستند. وقتی که پینهای PA0 تا PA7 بعنوان ورودی استفاده می شوند و بصورت خارجی Pull Down شده باشند، در صورتیکه مقاومتهای Pull-up داخلی فعال شده باشند، آنها بعنوان منابع جریان عمل می کنند.

PORTB ( PB7… PB0 ) : پورت B یک پورت I/O دو طرفه است با مقاومتهای Pull-up داخلی که برای هر پایه اختصاص داده شده است. پینهای پورت B در حالت ورودی وقتی که بصورت خارجی Pull-Down شده باشند، اگر مقاومتهای Pull-up داخلی فعال باشند، بعنوان منابع جریان عمل می کنند . پورت B اعمال متنوع و مخصوص دیگری را هم انجام می دهد که در ادامه توضیح داده می شود.

PORTC ( PC7… PC0 ) : پورت C یک پورت I/O دو طرفه است با مقاومتهای Pull-up داخلی که برای هر پایه اختصاص داده شده است. پینهای پورت C در حالت ورودی وقتی که بصورت خارجی Pull-Down شده باشند، اگر مقاومتهای Pull-up داخلی فعال باشند، بعنوان منابع جریان عمل می کنند.

پورت C اغلب برای اعمال مخصوص دیگری نیز استفاده می شود که توضیح داده خواهد شد.

PORTD ( PD7… PD0 ) : پورت D یک پورت I/O دوطرفه است با مقاومتهای Pull-up داخلی که برای هر پایه اختصاص داده شده است. پینهای پورت D در حالت ورودی وقتی که بصورت خارجی Pull-Down شده باشند، اگر مقاومتهای Pull-up داخلی فعال باشند، بعنوان منابع جریان عمل می کنند. پورت D هم اعمال مخصوص دیگری انجام می دهد که توضیح داده خواهد شد.

RESET : ورودی Reset ، هرگاه سطح پایینی به مدت حداقل طول یک پالس به این پایه برسد، Reset تولید می شود، حتی اگر کلاک کار نکند. حداقل طول پالس در جدول 1-1 داده شده است.

جدول 1-1 ولتازآستانه پایه rest

XTAL1 : ورودی معکوس اسیلاتور و ورودی مدارهای ورودی.

XTAL2 : خروجی معکوس اسیلاتور.

AVCC : این پایه منبع ولتاژِ پین برای پورت A و مبدل A/D است. این پایه باید به صورت خارجی به Vcc وصل شود حتی اگر از ADC استفاده نمی شود. اگر از ADC استفاده شود این پایه باید از طریق فیلتر پایین گذر به Vcc وصل شود.

AREF : این پایه مرجع آنالوگ پینها برای مبدل A/D است.

6-2 هستة مرکزی ATmega 32 ( CPU ) :

در این بخش دربارة معماری هستة مرکزی AVR در حالت کلی بحث می کنیم. وظیفة اصلی CPU اطمینان از اجرای صحیح برنامه است. بنابراین CPU باید قادر باشد تا به حافظه ها دسترسی پیدا کند، محاسبات را انجام دهد، ارتباط با خارج را کنترل کند و وقفه ها را رسیدگی کند.

7-2 حافظه های ATmega16 AVR :

در این بخش حافظه های مختلف در ATmega16 را توصیف می کنیم. ساختار AVR دارای دو فضای اصلی حافظه است. فضای حافظة داده و فضای حافظة برنامه. بعلاوه ATmega16 دارای حافظة EEPROM برای ذخیرة داده نیز می باشد.

حافظة I/O :

تمام خروجیها و ارتباطات فرعی ATmega16 در فضای I/O قرار داده شده اند. مکانهای I/O توسط دستورات in و out دسترسی می شوند و انتقال داده بین 32 رجیستر همه منظوره و فضای I/O را انجام می دهند. رجیسترهای I/O مابین آدرسهای 00$ تا 3F$ قابلیت دسترسی بیتی توسط دستورات SBI و CBI را دارند. همچنین در این رجیسترها یک بیت می تواند توسط دستورات SBIC و SBIS چک شود. وقتی که از دستورات مخصوص I/O ، in و out استفاده می شود باید آدرس های I/O 00$ تا 3F$ استفاده شود.

بعضی از پرچم های وضعیت توسط نوشتن 1 در آنها پاک می شوند. توجه کنید که دستورات CBI و SBI بر تمام بیتهای رجیسترهای I/O عمل می کنند و نوشتن 1 در پرچمی که قبلا 1 شده است، باعث پاک کردن آن می شود.

کلاک clk_cpu - CPU : کلاک CPU با توجه به عملکرد مختلف هستة مرکزی AVR، به قسمتهای مختلف سیستم هدایت می شود. از جمله قسمتهای: رجیستر فایل همه منظوره، رجیستر وضعیت و حافظة دادة نگه دارندة اشاره گر پشته. متوقف کردن کلاک، هستة مرکزی را از انجام کارهای عمومی و محاسباتی باز می دارد.

کلاک clk_I/O - I/O : کلاک I/O توسط اکثر واحدهای I/O از جمله تایمر- شمارنده ها، USART استفاده می شود. همچنین کلاک I/O اغلب توسط واحد وقفة خارجی نیز مورد استفاده قرار می گیرد. ولی توجه کنید که بعضی از وقفه های خارجی که توسط مدارهای غیر همزمان آشکار

می شوند، به بعضی از وقفه ها اجازة وقوع می دهند حتی اگر کلاک I/O نیز متوقف باشد.

کلاک clk_ADC - ADC : ADC با کلاک مشخص کار می کند. این کار باعث می شود تا کلاک های CPU و I/O را بتوان متوقف کرد. تا نویز تولیدی توسط مدارات دیجیتال کاهش یابد. و نتیجة تبدیل دقیتر باشد.

منابع کلاک :

این تراشه دارای منابع کلاک مختلفی است که توسط فیوز بیتهای Flash مطابق جدول 4-1 انتخاب می شوند. کلاک خروجی از منبع انتخاب شده به تولید کنندة کلاک AVR می رود و سپس به واحدهای مربوط هدایت می شود.

جدول 2-1

وقتی که CPU از مدهای Power – Down یا Power – Save خارج می شود، منبع کلاک انتخابی برای محاسبه زمان Start – Up استفاده می شود و اطمینان حاصل می شود که عملکرد اسیلاتور به حالت پایدار رسیده است و سپس شروع به اجرای دستورات می کند. وقتی که CPU از حالت Reset آغاز به کار می کند، زمانی تاخیر اضافه می شود که تغذیه هم به مقدار پایداری برسد.

از آنجایی که ما در ساخت این پروژه از منبع کلاک داخلی یعنی اسیلاتور RC کالیبره شدة داخلی و اسیلاتور تایمر- شمارنده استفاده کرده ایم، در اینجا تنها به توضیح این منابع می پردازیم.

مد ADC Noise Reduction :

در این مد CPU متوقف می شود. اما به ADC ، وقفة خارجی، محافظ آدرس رابط سریال دو سیمه، تایمر- شمارندة 2 و Watchdog اجازة فعالیت می دهد. این مد clk_CPU، clk_I/O و clk_FLASH را متوقف می کند و به دیگر کلاکها اجازة کار می دهد.

اینکار نویز محیط را برای ADC بهبود می بخشد و اندازه گیری با دقت بالاتری را فراهم می کند.اگر ADC فعال باشد، وقتی که این مد وارد می شود، ADC بطور خودکار آغاز به انجام تبدیل می کند. بغیر از وقفة تکمیل تبدیل ADC، Reset خارجی، Reset شدن Watchdog، Reset شدن قطع تغذیه، وقفة تطبیق آدرس رابط سریال دو سیمه، وقفة تایمر- شمارندة 2، وقفة آماده بودن SPM / EEPROM، وقفه های خارجی در پایه های INT0 و INT1 و یا وقفة خارجی در پایة INT2 می توانند MCU را از این مد Sleep خارج کنند.

15

حداقل کردن مصرف توان :

هنگامی که شما سعی می کنید تا مصرف توان را در سیستم های AVR کاهش دهید، چندین مسئله را باید رعایت کنید. بطور کلی تا حد امکان از مدهای Sleep باید استفاده کرد. تمام توابعی که مورد نیاز نیستند باید غیر فعال شوند. بویژه واحدهای زیر باید مورد توجه ویژه قرار گیرند که در ادامه توضیح می دهیم.

- مبدل آنالوگ به دیجیتال : اگر این واحد فعال باشد ADC در تمام مدهای Sleep فعال است. برای کاهش مصرف توان، ADC باید قبل از وارد شدن به هر مد Sleep، غیر فعال شود. وقتی که ADC خاموش می شود و سپس روشن می شود، اولین تبدیل، تبدیلی بسط داده شده خواهد بود و زیاد مورد اطمینان نیست. که در این مورد توضیحات بیشتر را در بخش ADC خواهیم گفت.

- مقایسه کنندة آنالوگ :

وقتی که وارد مد Idle می شویم، اگر از مقایسه کنندة آنالوگ استفاده نمی کنیم، باید آنرا غیر فعال کنیم. وقتی هم که وارد ADC Noise Reduction می شویم باز هم مقایسه کنندة آنالوگ باید غیر فعال شود. در دیگر مدهای Sleep مقایسه کنندة آنالوگ بطور خودکار غیر فعال می شود.

- مرجع ولتاژ داخلی : مرجع ولتاژ داخلی هرگاه که در آشکار ساز قطع برق و مقایسه کنندة آنالوگ و یا ADC مورد نیاز باشد، فعال می شود. اگر واحدهای نام برده شده غیر فعال باشند.

پین پورت می تواند توسط بیت رجیستر PINx خوانده شود، مستقل از اینکه مقدار DDRx چه جهتی را مشخص می کند.

8-2 مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) :

ATmega16 دارای ADC 10 بیتی بصورت تقریبهای متوالی است. ADC به مالتی پلکسر آنالوگ 8 کاناله متصل است که به 8 ورودی ولتاژ یک طرفه اجازه می دهد تا از طریق پینهای پورت A متصل شوند. ورودیهای ولتاژ یکطرفه با 0v مقایسه می شوند.

همچنین وسیله از ترکیب 16 کانال دیفرانسیلی نیز حمایت می کند. دو تا از این ورودیهای دیفرانسیلی ( ADC3,ADC2,ADC1,ADC0)به مرحلة گین قابل برنامه ریزی، مجهز هستند. که مرحلة تقویت 0db(x1)، 20db(x10)، ویا 46db (x200) را برای ولتاژ ورودی قبل از ورود به A/D فراهم می کند. 7 تا از کانالهای ورودیِ دیفرانسیلی، ترمینال منفی مشترکی را (ADC1) استفاده می کنند. و در نتیجه ورودی دیگر ADC می توانند بعنوان ترمینال ورودی مثبت انتخاب شوند. اگر گین x1 یا x10 استفاده شود, رزولوشن 8 بیتی می تواند مورد انتظار باشد. اگر گین x200 استفاده شود، 7 بیت رزولوشن می تواند مورد انتظار باشد.

ADC شامل مدار sample and hold است، تا ولتاژ ورودی در طی تبدیل بصورت ثابت نگه داشته شود. بلوک دیاگرام ADC در شکل 16-1 نشان داده شده است.

طراحی و ساخت سیستم اعلان و اطفاء حریقاطلاعات سنسورگازاطلاعات میکروکنترولر