Материал: Разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места

Рисунок 7 - Структурная схема подключения к шкафу питания

В вилке каждого переходника имеется встроенный чип с идентификационным номером, через который система распознает, какой пользователь подключен и в какую именно розетку требуется подать электрическую энергию. Идентификация чипа, встроенного в переходник, подключаемого к ТЭНу, происходит через общий контроллер при помощи считывателя, который находится в розетке РЩ. Контроллер считывает и хранит информацию каждого чипа. Если пользователю подключенного автомобиля необходимо подогреть ДВС, он посылает SMS-команду. Эта команда обрабатывается в свою очередь диспетчерским пунктом через GSM-модем и поступает в виде сигнала на общий контроллер управления подачей электричества в шкаф. Далее контроллер сравнивает пришедший сигнал с сигналом, поданным от чипа. В случае совпадения ключ нужной идентифицированной цепи замыкается, и ток поступает через переходник на ТЭН, тем самым запуская процесс подогрева ДВС. Если совпадений не было обнаружено, контроллер передает сигнал назад на пункт управления об ошибке, которая в итоге придет в виде SMS-сообщения назад пользователю, например, что не был подключен разъем или разъем был подключен неправильно.

Пользователь при помощи SMS - сообщения, может запрограммировать нужный ему режим работы подогрева его транспортного средства. В этой системе учитываются несколько вариантов событий подогрева.

) Во-первых, пользователь знает точное время подогрева и ему надо подогреть двигатель до установленной температуры (примерно 70 градусов) (Рисунок 8).

Рисунок 8 - Алгоритм работы программы подогрева ДВС, где ДВС подогревается до определенной температуры

) Во-вторых, пользователь не знает, когда ему придется выезжать на линию, и он подает команду на запуск подогрева, который будет циклическим и держать температуру в пределе от 50 до 70 градусов (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Алгоритм работы программы подогрева ДВС, где ДВС держит установленную температуру от 50 до 70 градусов

) И, в-третьих, пользователь нуждается в определенном количестве подогревов, который он сам будет задавать.

Рисунок 10 - Алгоритм работы программы подогрева ДВС, где пользователь сам задает количество прогревов

Для реализации задачи подогрева ДВС и автоматического поддержания температуры ДВС в заданном диапазоне под капот автомобиля на двигатель устанавливается датчик температуры, который выдает информацию о степени нагретости ДВС. Блок контроля температурного состояния ДВС автоматически начинает "отслеживать" температуру ДВС следующим образом. При достижении нижнего порога заданного диапазона температур блоком контроля температурного состояния ДВС выдается сигнал на контроллер, который подает электрическую энергию в нужную розетку, и через ТЭН электрическая энергия, преобразуясь в теплоту, нагревает ДВС до пороговой установленной температуры. Как только достигается нужная температура, контроллер отключает питание и ключ размыкается. Чтобы держать уровень температуры, контроллер отслеживает состояние датчика и как только показания становятся ниже заданных, ключ снова замыкается и подогрев возобновляется. В такую систему подогрева введен также блок формирования сигнала автоматического размыкания ключа по температуре, превышающей установленную.

.3 Пути решения поставленной задачи

Для решения поставленной задачи необходимо выбрать подходящее оборудование и провести анализ характеристик устройств, удовлетворяющих уже выявленным требованиям.

.3.1 Идентификатор

Для идентификации пользователя будем применять ключ-чип, который нашел массовое применение в качестве электронного ключа в системах охранной сигнализации, разграничения доступа к информации и физическим объектам, электронным проходным, электронным замкам и в системах безопасности для банков и офисов. Для этого рассмотрим более подходящие нам модели.

Таблица 1 - Сравнительная характеристика электронных ключей - идентификаторов

Далее рассмотрим их спецификацию

Таблица 2 - Спецификация идентификаторов

1.      iButton с уникальным серийным номером

Рисунок 11 - iButton с уникальным серийным номером

Группа состоит из одного семейства - DS1990А. Это первое изделие Dallas Semiconductor, впервые поступившее в продажу в 1991 году. Имеются две разновидности по толщине корпуса. DS1990A-F5 - имеет толщину корпуса 5,89 мм, а DS1990A-F3 толщину 3,1 мм [13].

По схемотехнике DS1990A самая простая iButton и имеет только ПЗУ с уникальным 48-разрядным номером, кодом семейства и кодом контроля. Доступ к ПЗУ происходит через интерфейсную схему, поддерживающую протокол iButton Standart (блок-схема на Рисунке 11). Питается микросхема DS1990A, как и все iButton, от "паразитного источника" (на рисунке не показан), состоящего из внутренних выпрямителя и конденсатора. Энергия в этот источник поступает через резистор 5 КОм открытого коллектора порта считывателя в момент времени, когда контактная часть считывателя и iButton прикоснулись друг к другу.A не имеет никаких средств защиты области данных пользователя, так как области этой как таковой и нет. Уникальный номер, записанный в ПЗУ на заводе в Далласе, доступен для любого считывающего устройства-эонда, поддерживающего протокол iButton Standart.   Четыре команды ПЗУ составляют систему команд iButton DS1990А: чтение ПЗУ, совпадение ПЗУ, пропуск ПЗУ и поиск ПЗУ. В режиме с одним узлом считывания достаточно команды считывание ПЗУ. Остальные команды необходимы для работы в сетевом варианте применения для исключения конфликтов при одновременном касании многих iButton к разным считывающим контактам, подсоединенным к одной линии данных.

Порядок выдачи содержимого ПЗУ при исполнении команды чтение ПЗУ следующий: код семейства(01H для DS1990A), 48 бит уникального номера и последним идет 8-битный код контроля. Передача идет побитно, младший значащий разряд идет первым. Прием считается завершенным, только если вычисленный мастером на основе уникального номера по стандартной формуле контрольный код, совпадает с принятым контрольным кодом из ПЗУ iButton. Полный цикл считывания ПЗУ длится около 5мс.

2. iButton с энергонезависимой статической памятью

Рисунок 12 - iButton с энергонезависимой статической памятью

Группа этих iButton включает в себя четыре семейства: DS1992L, DS1993L, DS1995L и DS1996L. Буква L в наименовании означает наличие трехвольтовой литиевой батарейки. Энергия батарейки используется для питания микромощной статической памяти (SRAM) в течение всего срока службы этих iButton, который составляет не менее 10 лет.

Для коммуникационных процессов здесь, как и в других iButton, используется "паразитный" внутренний источник - выпрямитель + конденсатор. В случае разряда батарейки по какой-либо причине, имеется возможность доступа только к ПЗУ.

Как и у всех iButton, ПЗУ этих семейств имеет идентификационный номером, код семейства и код контроля (Рисунок 12). Каждое семейство отличается от другого только размером статической энергонезависимой памяти.

Структурно эта память разбита на страницы по 32 байта и имеет систему адресации. DS1992 имеет всего четыре таких страницы, DS1993-16 страниц, DS1995-64 страницы, DS1996-256 страниц. Содержимое страниц может быть считано любым устройством считывания, поддерживающим iButton Standart.

Скорости записи данных и считывания одинаковы и составляют в обычном режиме 16,3 Кбит в секунду. Модели DS1995 и DS1996 поддерживают режим ускоренного обмена "overdrive", отличие которого от обычного в сокращенных примерно в 10 раз длительностях цикла инициализации и временных окон для данных. Так инициализация происходит за время от 48мкс, а достаточный временной интервал для данных 6мкс. Скорость полудуплексного обмена данными в режиме "overdrive" 142 Кбит в секунду. Запись в энергонезависимую SRAM осуществляется диспетчером памяти через 32-байтную блокнотную память, которая выполняет функцию буфера. Блок данных записывается вместе с блоком адреса для этих данных. Данные и адрес верифицируются, то есть считываются обратно мастером из блокнотной памяти, и проверяются им на предмет идентичности с отправленными. Только после удачного исхода мастер командой "копировать блокнотную память" разрешает переносить данные из блокнотной памяти на выбранную страницу основной энергонезависимой SRAM. Формат записываемых данных может быть от 1 байта до 32 байт. Считываются данные, минуя блокнотную память.

Восемь команд поддерживаются данным типом iButton: четыре команды ROM, три команды записи, считывания и копирования блокнотной памяти и команда чтение памяти.

3. iButton с энергонезависимой однократно программируемой EPROM-памятью.

Рисунок 13 - iButton с энергонезависимой однократно программируемой EPROM-памятью

В отличие от семейств с энергонезависимой статической памятью, в этих приборах не используются литиевые батарейки, хотя и имеется память данных. Память данных здесь однократно программируемая EPROM. Напряжение программирования 11,5В+0,5В, ток 10 мА [13].

Питание всей схемы осуществляется только от "паразитного" источника. Отсутствие литиевой батарейки позволяет Dallas Semiconductor выпускать эти модели, как в толстом F5, так и в тонком F3 корпусах. Группа включает семейства DS1981U,DS1982U, DS1982,DS1985 и DS1986. У всех семейств имеется стандартного вида ПЗУ, но разный объем памяти данных. Последняя адресуется и разбита на страницы по 32 байта. DS1981 имеет 2 страницы,DS1982-4 страницы, DS1985-64 страницы и DS1986-256 страниц. Модели с маркировкой U отличаются от остальных моделей тем, что 12 бит из общего пространства уникального номера занимает прошивка 5E7H, остальные же 36 бит имеют уникальную прошивку.

Для повышения надежности занесения данных в однократно программируемую память данных в электрическую схему введены дополнительные элементы: детектор напряжения, генератор контрольной суммы, регистр статуса и 8-битная блокнотная память (Рисунок 13).

Чистая EPROM имеет записанными логические единицы. Однажды установленный в логический ноль бит памяти невозможно в дальнейшем изменить, однако оставшийся в единичном состоянии может быть изменен в логический ноль при повторном программировании. Каждая страница памяти данных может быть защищена от попытки повторной записи в нее данных, установкой соответствующего бита регистра статуса в состояние логического нуля. Регистр статуса программируется только однократно, поэтому обратно открыть для записи страницу уже будет нельзя. Кроме байта защиты памяти данных, регистр статуса имеет байты переадресации страниц. Запись в эти байты позволяет переписать содержимое страницы на другую открытую для записи страницу и дополнить ее содержимое модифицированными данными. Для приложений, требующих модификации данных, Dallas Semiconductor предлагает брать модели с заведомо большим количеством страниц.

Что касается механизма записи информации в память данных этого семейства, то он несколько усложнен. Адреса, коды команд и данные проверяются исключительно побайтно. Мастер считывает код, вычисленный генератором проверочного кода, и сравнивает со своими вычислениями. Только после этого разрешается продвижение на очередной байт в процедуре записи.

Протокол обмена с мастером поддерживает восемь команд: четыре ПЗУ команды, команды с памятью данных чтение и запись, а также команды для регистра статуса чтение и запись. Модель DS1986 имеет возможность работать в скоростном режиме "overdrive".

В приложениях не требующих частого обновления данных эти iButton находят применение, вследствие своей дешевизны.

4. iButton с EEPROM памятью данных

Рисунок 14 - iButton с EEPROM памятью данных

Группа пока представлена одним семейством DS1971. Это новое семейство выпускается с 1997 года. Поставляется DS1971 в двух корпусах F3 и F5. Кроме стандартного ПЗУ, эта модель содержит память данных типа EEPROM в виде одной 256 битной странички. Данные могут неоднократно перезаписываться только постранично.

Напряжение программирования +5В. Запись происходит через блокнотную память, объем которой также 256 бит (Рисунок 14). После верификации данных, содержимое блокнотной памяти переносится в память данных одним блоком. Имеется регистр для занесения служебной информации - регистр однократной записи. Данные в него заносятся через его блокнотную память и могут быть записаны только один раз. В дальнейшем этот регистр открыт только для считывания. Регистр однократной записи может использоваться производителем оборудования с использованием DS1971 для занесения служебной информации, например, дата выпуска, номер партии и т.п.. Событие о том, что запись в регистр однократной записи произведена, отражается в состоянии регистра статус-память. Два бита его устанавливаются при этом в логический ноль. Мастер может только считать состояние этого регистра.

Одиннадцать команд возможны в работе с DS1971: четыре команды ПЗУ, три команды чтение, запись и копирование блокнотной памяти, три команды регистра однократной записи - чтение, запись и копирование с замком и команда чтение статус - памяти.

5. iButton с энергонезависимыми таймером и статической памятью.

Рисунок 15 - iButton с энергонезависимыми таймером и статической памятью

Эта группа представлена одним семейством DS1994L. Микросхема его содержит обычную ПЗУ с идентификационным номером, кодом семейства и кодом контроля, статическую память 16 страниц по 32 байта каждая, кварцевый генератор часовой частоты 32768 Гц, таймер-календарь в двоичном формате, программируемые счетчики циклов включения-выключения, интервальный таймер.

Статическая память и все элементы таймера энергонезависимы за счет литиевой батарейки. Режимы работы таймерной части DS1994 определяют два его регистра: регистр статуса и регистр управления. В регистр статуса помещают свои флаги по наступлению заданного события таймер-календарь, интервальный таймер и счетчик циклов. Состояния флагов доступны для считывающего прибора и могут быть использованы им для принятия решения. Календарь таймера организован так, что необходима предварительная установка даты и времени отсчета. Исход времени будет затем отсчитываться от этой даты. Емкость по времени календаря 136 лет.