Размещено на http: //www. allbest. ru/
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Московский технологический университет»
МИРЭА
Колледж приборостроения и информационных технологий
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 09.02.01
«Компьютерные системы и комплексы»
На тему: «Разработка опытного образца модели парковочного радара на базе микроконтроллера ATmega»
Выполнил студент группы
ЩККО-02-16 (КС-42) Павлов Н.В.
Руководитель Т.С. Маслова
Москва 2020
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект
студенту 4 курса группы ЩККО-02-16 (КС-42)
по специальности 09.02.01
"Компьютерные системы и комплексы"
Павлову Никите Вячеславовичу
ТЕМА ЗАДАНИЯ: «Разработка опытного образца модели парковочного радара на базе микроконтроллера ATmega»
Курсовой проект выполняется студентом колледжа в следующем объеме:
Техническое задание.
I Пояснительная записка
Введение
Анализ технического задания.
1. Исследование существующих решений
1.1. Исследование работы устройств подобного типа.
1.2. Анализ характеристик входных и выходных сигналов.
2. Разработка аппаратной части
2.1. Разработка архитектуры ультразвукового дальномера.
2.2. Выбор устройств управления разрабатываемого ультразвукового дальномера.
2.3. Выбор микроконтроллера разрабатываемого ультразвукового дальномера.
2.4. Разработка интерфейса ультразвукового дальномера.
3. Конструкторско-технологическая часть
3.1. Разработка печатной платы
3.2. Схема расположения элементов
Заключение
Список используемой литературы и информационных источников
II Графическая часть проекта
Лист 1. Структурная схема.
Лист 2. Функциональная схема.
Лист 3. Электрическая принципиальная схема.
Лист 4 Спецификация (перечень элементов)
Дата выдачи 21.10.2019
Срок окончания 10.03.2020
Председатель ПЦК Компьютерные системы ____________ /Беседин А.В./
Руководитель курсового проекта ____________ /Маслова Т.С./
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
на разработку ультразвукового дальномера на микроконтроллере Arduino Uno R3.
Разработать устройство для определения расстояния до препятствия «Ультразвуковой дальномер».
Органом управления устройства является ультразвуковой датчик HC-SR04.
Индикация может осуществляться на жидкокристаллическом дисплее или блоке светодиодной индикации.
Работа устройства:
1. Основное состояние устройства - измерение расстояния до препятствия.
2. Для того чтобы отключить устройство необходимо прекратить подавать питание на микроконтроллер.
3. Для начала работы устройства подать питание на микроконтроллер, при этом происходит выдача временного интервала на жидкокристаллический дисплей или блок светодиодной индикации.
4. Для остановки работы устройства необходимо прекратить измерение расстояния до интересующегося объекта.
5. Для обнуления текущих значений на жидкокристаллическом дисплее или блоке светодиодной индикации, необходимо нажать кнопку «reset» на микроконтроллере или же прекратить подачу питания.
Питание устройства измерения расстояния до препятствия «Ультразвукового дальномера» осуществляется автономно.
Содержание
Введение
1. Исследование существующих решений
1.1 Исследование работы устройств подобного типа
1.2 Анализ характеристик входных и выходных сигналов
2. Разработка аппаратной части
2.1 Разработка архитектуры ультразвукового дальномера
2.2 Выбор датчиков или устройств управления разрабатываемого ультразвукового дальномера
2.3 Выбор микроконтроллера разрабатываемого ультразвукового дальномера
2.4 Разработка интерфейсов ультразвукового дальномера
3. Конструкторско-технологическая часть
3.1 Разработка печатной платы ультразвукового дальномера
3.2 Разработка схемы расположения элементов ультразвукового дальномера
Заключение
Список используемой литературы и информационных источников
Введение
Ультразвуковой дальномер - это устройство определяющее расстояние до объектов. Он генерирует звуковые импульсы на частоте 40 кГц и анализирует эхо-сигнал. По времени распространения звуковой волны туда и обратно можно однозначно определить расстояние до объекта.
В отличие от инфракрасных дальномеров, на показания ультразвукового дальномера не влияют засветки от солнца или цвет объекта. Даже прозрачная поверхность будет для него препятствием. Но могут возникнуть трудности с определением расстояния до пушистых или очень тонких предметов.
Ультразвуковой дальномер применяется в различных сферах. Например, они применяются:
1. В качестве автомобильного парктроника;
2. В различных строительных организациях;
3. В быту (к примеру, при ремонте квартиры необходимо замерить расстояние до стены и т.д.) [5].
В данном курсовом проекте ультразвуковой дальномер используется в качестве автомобильного парктроника.
Парктроник - представляет собой ультразвуковое устройство, облегчающее парковку автомобиля. Данное устройство обнаруживает препятствия, возникающие вблизи заднего бампера автомобиля при движении назад (в некоторых автомобилях устройство устанавливают так же и на передний бампер).
Автомобильные парктроники бывают двух видов:
· Ультразвуковой. Ультразвуковые датчики устанавливаются в бампер для измерения дистанции к ближайшим объектам по отражённому от них ультразвуку. Система работает по принципу эхолота: датчик генерирует ультразвуковой (порядка 40кГц) импульс, а затем воспринимает отражённый окружающими объектами сигнал. Электронный блок измеряет время, прошедшее между излучением и приёмом отражённого сигнала, и, принимая скорость звука в воздухе за константу, вычисляет расстояние до объекта. Таким образом, поочерёдно опрашиваются несколько датчиков, на основании полученных сведений выводится информация на устройство индикации и, при необходимости, подаются предупреждающие сигналы с использованием устройства звукового оповещения.
· Электромагнитный. В электромагнитных парктрониках датчиком является металлизированная лента, которая клеится с внутренней стороны бампера. Она создаёт электромагнитное поле напротив бампера. Любой объект, появившийся в зоне электромагнитной волны, создаёт возмущения этого поля, и парктроник сигнализирует об этом.
Расстояние до препятствия представляется в виде цифр, выводимых на экран монитора, который должен располагаться в поле зрения водителя, когда автомобиль движется назад.
Данное устройство должно активироваться при включении задней передачи или специальной кнопки, которая активирует датчики в рабочее положение.
При включении данного устройства пространство напротив заднего бампера начинает облучаться ультразвуковыми волнами, вырабатываемыми датчиками. Когда в облучаемом пространстве появляется препятствие, происходит отражение ультразвуковой волны, улавливаемое датчиками.
Излучаемый и принятый сигналы подаются на контрольное устройство, которое вычисляет временную задержку между сигналами с датчиков.
По величине задержки устройство контроля производит вычисление расстояния до препятствия, которое затем выводится на индикаторное устройство.
Величина расстояния может выводиться в цифровой или графической форме.
Одновременно генерируется звуковой сигнал, имеющий частоту звуковых импульсов, тон которых повышается с приближением транспортного средства к препятствию. Как только расстояние до препятствия достигнет критического значения, звуковые импульсы переходят в непрерывный звуковой сигнал[10].
В процессе выполнения данного курсового проекта будет разработано устройство для определения расстояния до препятствия с высокой точностью на микроконтроллере Arduino Uno R3[12].
Анализ технического задания
В соответствии с техническим заданием, в данном курсовом проекте, необходимо разработать ультразвуковой дальномер на базе микроконтроллера Arduino Uno R3[12].
Для отражения измеряемого расстояния будем использовать блок светодиодной индикации (Рис.1). Имеющий блок имеет соответствующие цвета светодиодов на определенное расстояние. По условию технического задания блок должен отображать наглядное расстояние до препятствия[6].
Рис.1 Светодиодная индикация
Также для более наглядной информации о расстоянии будем использовать спикер, который при приближении или отдалении от препятствия будет выдавать определенную частоту звуковых импульсов, соответствующую светодиодам.
Микроконтроллер Arduino Uno R3 может работать в одном из восьми режимов тактового генератора. Исходя из того, что проектируемое устройство может быть переносным, необходимо рационально расходовать энергию питания, выберем режим с низкочастотным кварцевым резонатором, так как с уменьшением частоты уменьшается потребность тактового генератора в энергии питания. При выборе конкретной частоты кварцевого резонатора необходимо учесть, что время машинного цикла должна быть значительно выше разрешающей способности индикации т.е. ниже 0,01с.
В качестве питания для проектируемого ультразвукового дальномера будем использовать источник постоянного напряжения, а именно питание от блока питания или же от компьютера проводом, который предназначен для прошивки микроконтроллера. В соответствии с частотой работы кварцевого резонатора и по характеристикам микроконтроллера будет осуществляться выбор, наиболее приемлемого, значения питания.
Проектируемый ультразвуковой дальномер должен быть функциональным, а также простым в использовании. Построение устройства должно иметь минимальное количество аппаратных затрат.
1. Исследование существующих решений
1.1 Исследование работы устройств подобного типа
Рассмотрим построение данного устройства на этом же микроконтроллере, но в качестве индикации используется двух разрядный семисегментный индикатор. Остальная элементная база остается неизменной.
В устройстве отображение данных выполняется в виде цифр на семисегментном индикаторе, что более удобнее, чем отображение на светодиодах[2].
Большой минус устройства - это семисегментный индикатор, который занимает большое количество портов микроконтроллера (пример Рис.2). Конкретно на нашем микроконтроллере цифровых портов не хватит для подключения такой индикации, потому что используются так же другие датчики, которые осуществляют работу устройства.
Рис.2 Пример подключения семисегментного индикатора к микроконтроллеру
Для того, что бы устройство работало полноценно вместо семисегментного индикатора можно подключить LCD - дисплей. Он может выводить больше символов на экране[8].
Вывод: Подключение LCD - дисплея в данной курсовой работе не приемлемо. Это увеличение аппаратных затрат на сборку устройства.
1.2 Анализ характеристик входных и выходных сигналов
Входным сигналом данного устройства является показание с датчика HC-SR04. Именно с него начинается работа устройства. В период времени, когда сенсор излучает короткий ультразвуковой импульс (в момент времени 0), который отражается от препятствия и принимается сенсором, это и есть первый входной сигнал в устройстве. Из принципа работы датчика можно увидеть этот первый входной сигнал.
Рис.3 Входной сигнал устройства (принцип работы датчика)
Управление производится когда сенсор только посылает запускающий импульс (10мкс) с цифрового вывода входного сигнала «Trig (Tx)». После этого, датчик обнаруживает данный сигнал и подает восемь импульсов с частотой 40кГц.
Рис.4 Работа входного сигнала датчика
Выходными сигналами устройств являются сигналы управления устройствами (заданное расстояние), индикация (выводимое расстояние).
Для ультразвукового дальномера характерно выдача индикации в виде блока светодиодной индикации, который состоит из шести светодиодов. Каждый светодиод отвечает за поставленное ему расстояние в коде программы. Индикацию можно осуществлять различными способами. Светодиод может гореть с высокой частотой, а так же моргать при более низких частотах. Зажигание каждого светодиода сопровождается с определенной частотой звучания спикера[8].
2. Разработка аппаратной части
2.1 Разработка архитектуры ультрозвукового дальномера