Разработка принципиальной схемы

Разработка принципиальной схемы основывается на функциональной схеме устройства и заключается в выборе конкретной элементной базы, необходимых электрических расчётов элементов. Выбор элементов осуществляется по справочникам, фирменным описаниям, книгам и т.д.

Выбор кнопок для набора номера квартиры определяется эргономическими требованиями, условиями эксплуатации, преемственностью, рекомендациями министерств и т.д. Для курсового проекта определимся только с типом – они представляют собой обычную пленочную клавиатуру с 12 кнопками. В качестве электронного замка выберем схему которая показана на рис. 4.

Внешняя панелька для iButton подключается к порту микроконтроллера через разъем XP2 и элементы защиты VD4, R3, VD5 и VD6. Подтягивающий резистор R4 выбран согласно спецификации однопроводной шины. Параллельно внешней панельке подключена еще и внутренняя панелька XS1, которая используется для программирования ключей. Кнопка открывания двери подключена к порту микроконтроллера через разъем XP1 и такие же элементы защиты, как и для iButton. Исполнительным устройством замка является электромагнит, подключенный через терминал XT1. Электомагнитом управляет ключ VT3, в качестве которого используется мощный МОП-транзистор типа IRF540. Диод VD7 защищает от выбросов самоиндукции. Ключом VT3 управляет транзистор VT2, который инвертирует сигнал, поступающий с порта микроконтроллера и обеспечивает управляющие уровни 0/12В на затворе VT3. Инверсия нужна для того, чтобы исполнительное устройство не срабатывало во время сброса микроконтроллера, когда на порту присутствует уровень логической единицы. 12-вольтовые управляющие уровни позволили применить обычный МОП-транзистор вместо более дефицитного низкопорогового. Для индикации открытия замка используется светодиод, который управляется тем же портом, что и электромагнит, но через транзисторный ключ VT1. Светодиод подключается через тот же разъем, что и iButton.

Рис 4 – Электронная схема электронного замка

В качестве модуля микрофона и динамика выберем схему, которая показана на рис. 5. Образован микрофонным усилителем на транзисторах VT10, VT11 и электронным ключом на транзисторах VT12, VT13, подключающим головку ВА2 к линии связи.

Рис 5 – Электронная схема модуля микрофона и динамика

Индикатор выберем PC 1601–L фирмы PowerTip. Данный индикатор является одно строчным, шестнадцати символьным. ЖКИ имеет 14 выводов, 8 – под данные, один для сигнала чтения/записи, сигнала разрешения, питания и др. Этот индикатор показан на рис. 6.

Vss Vdd Vo RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7

+5В

К микроконтроллеру

Рис. 6 – PC 1601–L фирмы PowerTip

На основании анализа требований, предъявляемых к микроконтроллеру, и учитывая, что в задании на разработку нет рекомендации по его выбору, остановимся на микроконтроллере AVR – АТMega32. Его характеристики: 40-выводной корпус – 32 программируемых линий ввода/вывода с выходными буферами, обеспечивающими 40-мА втекающий ток; 8-разрядный и 16-разрядный таймеры/счетчики; два внешних и четырнадцать внутренних источников сигнала прерывания; программируемый сторожевой таймер и др.

Схема синхронизации наиболее просто реализуется путем использования внутреннего тактового генератора с подключенным внешним кварцевым резонатором. 1МГц

При выборе схемы сброса (супервизора питания) необходимо обратить внимание на то, чтобы длительность импульса, генерируемого схемой по включению питания, была больше длительности, требуемой для сброса микроконтроллера. Кроме того, у разных микроконтроллеров сброс осуществляется или высоким или низким уровнем (у АТmega32 сброс низким уровнем). Тип выхода схемы сброса может быть или двухтактным или открытым коллектором, в последнем случае необходим нагрузочный резистор.

АТmega32 имеет встроенную схему сброса по включению питания, которая вырабатывает импульс при достижении питания уровня ≈2В. Соответственно, при снижении напряжения питания ниже 2В также произойдет сброс микроконтроллера. Во многих ответственных приложениях работа устройства при напряжении ниже 4,2В не гарантируется. В этих случаях используют внешние схемы сброса, порог срабатывания которых имеет требуемый порог срабатывания. Зададимся уровнем срабатывания схемы сброса в 4,4В.

Выберем супервизор фирмы Dallas – DS 1813-5, удовлетворяющий указанным условиям. Типовая схема его включения приведена на рис. 7.

+ 5В

RESET

GND

DS1813-5

Рис.7 – Типовая схема подключения супервизора питания.

В качестве источника питания, как отмечалось выше, выберем комбинированный источник питания, изображенный на рис. 8. Входное напряжение равно ~220В, выходное +5В и +12В.

Рис. 8 – Комбинированный источник питания

Напряжение, которое должен обеспечить модуль, зависит от мощности потребления контроллера домофона. Определим приблизительно мощность потребления контроллером домофона. Так, ток потребления микросхем составляет:

1. Атmega32 – 4,5Ма на частоте 1 МГц

2. DS 1813-5 – 40Ма

3. PC 1601-L – 2,5Ма

4. Электронный замок

5. Переговорное устройство – 40Ма

Функциональная окончательная схема устройства представлена на рис. 9. По данной функциональной схеме построение принципиальной схемы не представляет трудностей, так как определены все ее элементы.

CPU

Клавиатура

Электронный замок

ЖКИ

+5V

Reset

Динамик

Микрофон

Рис. 9 – Схема питания устройства

Рис. 10 – Функциональная схема