Содержание

Введение. 5

1 Описание сети MicroLAN. 7

1.1 Синхронизация и побитная передача информации. 7

1.2 Сброс и обнаружение присутствие на линии.11

2 Выбор и описание схемы. Выбор элементной базы. 12

3 Принцип действия.13

4 Расчет. 14

4.1 Данные для расчета.14

4.2 Расчет и выбор резисторов. 14

4.3 Расчет и выбор конденсатора.15

5 Текст программы. 15

Заключение 19

Список литературы 18

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №3501, цена оригинала 1000 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

Введение

По техническому заданию устройство вызова медсестры должно состоять из пульта медсестры и пульта вызова. Пульт медсестры должен обеспечивать сканирование всех пультов вызова, находящихся в разных палатах больницы (общее число пультов вызова – до 64). Так же определять момент нажатия кнопки на пультах вызова, выводить на индикацию номера палаты, подачу звукового сигнала и должен питаться от напряжения сети 220 В, 50 Гц. Пульты вызова должен обеспечивать ответ на опрос пульта медсестры о наличии (или отсутствии) вызова, мигание синим светодиодом (подтверждающее работоспособность системы), мигание красным светодиодом (при наличии вызова медсестры) и не должен иметь своего питания.

Пульты вызова относительно друг от друга и пульта медсестры располагаются на значительных расстояниях. Задача была решена путем применения однопроводной шины 1-Wire, объединившей все пульты разрабатываемой системы в единую сеть. Такая сеть специально разработана для подобных применений и имеет название MicroLAN.

Шина 1-Wire является основой сетей MicroLAN и разработана в конце 90-х годов фирмой Dallas Semiconductor. В настоящее время фирма Dallas Semiconductor является дочерним предприятием фирмы MAXIM. Микросхемы и комплектующие фирмы MAXIM широко известны разработчикам электронных устройств.

При создании шины MicroLAN, фирма Dallas Semiconductor поставила перед собой, неразрешимую задачу. Идея состояла в том, чтобы соединить между собой множество различных микросхем, расположенных на значительном расстоянии друг от друга, используя при этом всего один сигнальный провод. Разумеется, кроме сигнального провода для замыкания цепи обязательно должен быть и обратный так называемый «общий провод». Все микросхемы должны подключаться к такой двухпроводной шине параллельно. И вот по этой линии, состоящей всего из двух проводников от одной микросхемы к другой, должна передаваться информация, как в прямом, так и в обратном направлении. Кроме того, в случае необходимости, по той же однопроводной шине решено было осуществлять питание всех подключенных к ней микросхем. Фирма Dallas Semiconductor блестяще справилась с этой задачей. Шина 1-Wire и основанные на ней сети MicroLAN давно с успехом применяются в электронной технике.

Основные характеристики этой шины:

 максимальная протяженность шины до 300 м;

 скорость передачи информации 16,3 Кбит/с;

 максимальное количество адресуемых элементов на шине 256;

 уровни напряжений на шине соответствуют стандартным КМОП/ТТЛ уровням;

 напряжение питания компонентов сети 2,8 — 6 В;

 для соединения элементов сети может применяться обычный телефонный кабель или витая пара.

Существуют и модификации шины 1-Wire. Например, отдельные виды микросхем поддерживают скоростной режим работы шины (Overdrive). В этом режиме скорость передачи информации равна 142 Кбит/с. Однако такие микросхемы могут работать только на шине малой протяженности и при условии, когда уровень внешних электрических помех сведен к минимуму.

При разработке протокола 1-Wire большое внимание было уделено надежности работы сети. Изначально было поставлено условие — работа должна происходить в условиях плохих контактов. Кроме того, допускается подключение и отключение ведомых элементов прямо в процессе работы.

1. Описание сети MicroLAN

1.1 Синхронизация и побитная передача информации.

Протокол 1-Wire имеет несколько разных уровней. Самый низкий уровень описывает, каким образом передаются отдельные биты. Он предусматривает двухсторонний обмен информации. При этом все операции на шине производятся исключительно под управлением Master устройства. Master может выполнять операции двух видов: записывать информацию в Slave устройство или считывать информацию из него. Информация передается побайтно, в последовательном виде, бит за битом, начиная с младшего бита. В любом из этих двух случаев, для передачи информации Master устройство вырабатывает на шине тактовые импульсы. Для этого оно периодически «подсаживает» шину при помощи выходного транзистора своего 1-Wire интерфейса. Полезная информация передается путем изменения длительности этих импульсов. Причем при записи информации длительностью импульсов управляет исключительно Master устройство.

В режиме чтения начинает формирование импульса Master устройство, но Slave устройство может продлевать длительность любого импульса, «подсаживая» в свою очередь сигнал на линии в нужный момент. На «рисунке 2» изображены две временные диаграммы. Верхняя диаграмма иллюстрирует режим записи двух разных битов информации, а нижняя — режим чтения. Участки диаграммы, где линия «отпущена» и уровень сигнала на линии определяется лишь резистором Rн, изображены на диаграмме при помощи тонких линий. Участки, где один из элементов сети «подсаживает» линию, изображены при помощи широких линий.

Запись бита. В исходном состоянии все Slave устройства, подключенные к шине, находятся в режиме ожидания. Линия «отпущена». То есть выходные транзисторы всех элементов шины закрыты, и напряжение на шине определяется резистором нагрузи (Rн). Для того, чтобы записать данные в одно из Slave устройств, Master начинает формировать отрицательные синхроимпульсы (верхняя диаграмма на «рисунке 1»). На каждый передаваемый бит формируется один импульс. Импульсы передаются путем «подсаживания» линии до нуля. Для передачи каждого бита выделяется промежуток времени стандартной длительности. Этот промежуток получил название «слот» (Slot). Если значение передаваемого бита равно 0, то Master вырабатывает «длинный» импульс. Его длина равна длительности слота. Для передачи единичного бита Master вырабатывает «короткий» импульс, который, является чистым синхроимпульсом. Оставшаяся часть слота должна быть заполнена единичным сигналом. Между двумя слотами обязательно должен быть небольшой промежуток, во время которого уровень сигнала на шине тоже равен единице.

Условные обозначения

Шину подсаживает «Master»;Шину подсаживает «Slave»;

Шина свободна. Напряжение определяется резистором Rн.

Рисунок 1. Упрощенная диаграмма процесса записи и чтения одного бита

Slave устройство в этом режиме только принимает сигнал. Для этого оно постоянно находится в режиме ожидания. Обнаружив начало синхроимпульса, Slave устройство начинает процесс приема бита информации. Передний фронт этого импульса служит Slave устройству началом отсчета. Выдержав паузу, равную длительности синхроимпульса, Slave устройство считывает уровень сигнала на линии. Если в этот момент времени уровень сигнала на линии равен нулю, значит и передаваемый бит, равен нулю. Если же сигнал будет равен единице, то и бит, равен единице. Протокол шины 1-Wire жестко определяет только длительность слота. Интервал между слотами имеет ограничение только на минимальное свое значение. Максимальное значение интервала между слотами неограничено. Таким образом, может легко регулироваться скорость передачи данных от своего максимального значения (16,3 Кбит/с) практически до нуля.

Чтение бита. Процесс чтения бита (нижняя диаграмма на «рисунке 1») очень похож на процесс записи. Отличие его в том, что при чтении Master вырабатывает только синхроимпульсы (короткой длительности). Обнаружив синхроимпульс, Slave устройство должно удлинить или не удлинять этот синхроимпульс в пределах слота. Если очередной считываемый бит, равен нулю, то синхроимпульс удлиняется. Если единице, удлинения не происходит.

Для иллюстрации этого процесса на «рисунке 1» участки временной диаграммы, где линию «подсаживает» Master устройство, изображены черным цветом. Участки, которые «подсаживает» Slave устройство изображены серым цветом. Master-устройство считывает эту информацию. Для этого оно контролирует уровень сигнала внутри слота сразу после синхроимпульса.

Временные параметры. Для надежной работы однопроводного интерфейса необходимо, чтобы в процессе передачи информации всеми элементами сети строго соблюдались временные параметры. Каждая микросхема, подключенная к сети, самостоятельно вырабатывает все необходимые для ее работы интервалы времени. Для ведущего устройства в сети эти требования более жесткие, чем для ведомых. Это связано с тем, что в качестве ведущего устройства обычно выступает микроконтроллер. Любой микроконтроллер способен с высокой точностью отрабатывать любые временные интервалы, благодаря использованию кварцевого резонатора. Ведомые же микросхемы обычно выполнены в микроминиатюрном корпусе. Временные параметры 1-Wire интерфейса таких микросхем формируются обычно параметрическими методами, без помощи кварца.

На «рисунке2» приведены временные параметры протокола 1-Wire в различных режимах работы. Как видно из рисунка, величина слота для передачи одного бита информации (Тх) должна лежать в пределах от 60 до 120 мкс. Длительность синхроимпульса равна 1 мкс. Ведомое устройство, обнаружив на шине передний фронт синхроимпульса, должно сформировать задержку минимум в 15 мкс, и затем произвести проверку сигнала на шине. Допустимый разброс времени задержки для разных экземпляров микросхем лежит в пределах от 15 до 60 мкс. Этот диапазон показан на рисунке в виде области, обозначенной как «Зона проверки уровня Slave».

Минимальная величина интервала между слотами (ТКЕС) равна 1 мкс. Максимальная — неограничена.

Условные обозначения

Шину подсаживает «Master»; Шину подсаживает «Slave»;

Шина свободна. Напряжение определяется резистором Rн.

Рисунок 2. Временные характеристики протокола 1-Wire

В режиме записи нулевого бита Master вырабатывает только синхроимпульсы, длительность которых равна 1 мкс. Если читаемый бит, равен нулю, Slave устройство продлевает длительность синхроимпульса. Минимальная длительность продленного импульса составляет 15 мкс. Для этого временного интервала тоже допускается довольно значительный разброс. В пределах этого разброса длительность удлиненного импульса может вырасти еще на 45 мкс. Если читаемый бит, равен единице, удлинения синхроимпульса не происходит. Для того чтобы правильно оценить значение читаемого байта, Master устройство должно прочитать уровень сигнала на шине сразу после окончания синхроимпульса, но не позднее, чем через 15 мкс. Зона проверки уровня для Master устройства в режиме чтения значительно уже аналогичной зоны для Slave устройства в режиме записи.

1.2 Сброс и обнаружение присутствия на линии.

Как происходит разделение на байты? Байты формируются путем подсчета битов. Байты передаются младшим битом вперед. Первые восемь битов — это первый байт. Следующие восемь битов — второй байт. И так далее. Начало же всей этой цепочки определяется сигналом сброса. Любой цикл обмена данными в сети MicroLAN начинается с импульса сброса. Импульс сброса — это сверхдлинный отрицательный импульс на шине 1-Wire, вырабатываемый ведущим устройством.

Временная диаграмма, иллюстрирующая процесс формирования импульса сброса, приведена на «рисунке 3». С импульсом сброса тесно связан еще один служебный сигнал — сигнал присутствия на шине. Сигнал присутствия вырабатывает каждое Slave устройство сразу после окончания действия импульса сброса. Master устройство должно проконтролировать наличие этого импульса. Если импульса присутствия нет, то это значит, что на линии нет ни одного Slave устройства.

Кроме инициации импульсов присутствия импульс сброса переводит в исходное состояние всю систему. Любые незаконченные процессы на линии моментально завершаются, и отсчет битов начинается сначала. Временные характеристики сигнала сброса и сигнала присутствия на линии приведены на «рисунке 3». Длительность импульса сброса должна быть не менее 480 мкс. Процесс передачи информации по линии может начинаться не раньше, чем через 480 мкс после окончания действия импульса сброса. В этом временном интервале и ожидается появление сигнала присутствия. Для этого после окончания импульса сброса Master «отпускает» линию и ждет сигнала от Slave устройств.

Каждое Slave устройство, обнаружив импульс сброса, выдерживает паузу в 15 — 60 мкс, а затем «подсаживает» линию. Длительность импульса присутствия составляет 60 — 240 мкс. Сигналы присутствия от всех Slave устройств сливаются в один общий импульс. Ведущее устройство проверяет наличие нулевого уровня на линии в средине этого интервала. Если сигнал обнаружен, то это значит, что на линии имеется хотя бы одно нормально работающее Slave устройство и Master может продолжать работу в сети. Если сигнал не обнаружится, то микропроцессор перейдет к обработке этой ситуации. Обычно в этом случае он выдает сигнал ошибки (зуммер, светодиод, надпись на дисплее и т.д.).

Условные обозначения

Шину подсаживает «Master»; Шину подсаживает «Slave»;

Шина свободна. Напряжение определяется резистором Rн.

Рисунок 3. Временная диаграмма процесса начального сброса

2. Выбор и описание схемы. Выбор элементной базы.

В качестве основного элемента схемы пульта вызова выбираем микросхему D1 (PIC 10F200) обладающий не высокой стоимостью и имеет 6 выводов, которых достаточно для реализации данного устройства.

Исходя из условий технического задания выбираем сверхяркие светодиоды VD2 (GNL-3004 BC — синий), для подтверждения работоспособности системы, VD3 (GNL-3004 LRC – красный), для подтверждения наличия вызова (при нажатой кнопке). Применим кнопку S1 (DO-2-250И-1А).

Для поддержания питания микросхемы в период передачи и приема данных выбираем высокочастотный керамический конденсатор С1. Для предотвращения разряда конденсатора по линии передачи данных, а так же для защиты линии 1-Wire в момент обмена информацией между Master и Slave устройствами от появления помех и напряжения высокого уровня выбираем диод VD1 (КД510).

В целях ограничения тока проходящего через светодиоды VD2 и VD3 используем резисторы R1 и R2, так же можно путем расчета подбирать яркость свечении светодиодов.

3. Принцип действия.

Работа пульта вызова определяется программным обеспечением, которое заносится в микросхему D1.

Работа устройства приложение 1) заключается в опросе кнопки S1, по опросу выясняется, нажата кнопка (логический 0, выставления флага нажатия) или не нажата (логическая 1).

Пульт медсестры опрашивает пульты вызова путем посылки адреса (6-ть бит) и дополнительного 7-го для осуществления сброса вызова.

Пульт вызова производит опрос кнопки, если кнопка нажата, выставляется флаг нажатия, а если кнопка не нажата, флаг не выставляется. Затем ожидается сброс лини, если сброс не пришел, производится очередной опрос кнопки. Если сброс линии пришел, то принимается адрес и бит сброса флага нажатия. Если 7-й бит, равен единицы, то флаг нажатия сбрасывается, если он равен нулю, то происходит сравнение адреса. Если адрес не совпал, то происходит опрос кнопки. Если адрес совпал, то пульт вызова отправляет сигнал присутствия на линии. Если флаг нажатия не равен единице, то происходит мигание, синим светодиодом. Если флаг равен единице, то происходит отправка вызова на пульт медсестры и мигает красный светодиод.

4. Расчет.

4.1 Данные для расчета.

Напряжение питания (Uпит) 5 В

Прямое падение напряжения на VD3 (Uпр3) 3,6 В

Прямое падение напряжения на VD2 (Uпр2) 1,8 В

Ток потребления D1 (Iпот)2 мА

Максимальное время работы D1 без питания,

при приеме и передачи данных (t) 1,1 мс

4.2 Расчет и выбор резисторов.

Номиналы постоянных резисторов выбираем из ряда Е24:

R1 – резистор типа C2-23-0,125-620 Ом 10%;

R2 – резистор типа C2-23-0,125-270 Ом 10%.

4.3 Расчет и выбор конденсатора.

Необходимый электрический заряд конденсатора определяется по формуле:

где: — электрический заряд, К.

Емкость конденсатора рассчитывается по формуле:

где: С – емкость конденсатора, Ф; — падение напряжения на микросхеме D1, Ом.

Номинал керамического высокочастотного конденсатора выбираем из ряда Е24:

С1 – конденсатор типа К10-17-9100пФ 5%.

5. Текст программы.

//Пульт вызова медсестры

//микроконтроллер PIC10F200

//тактовая частота 4 МГц

bit flag=0;

char Time=0;

char Shift=0;

char Address;

//подпрограмма приёма бита

 

GP2=1;

goto Metka5;

}

else

goto Metka5;

Заключение

В процессе выполнения курсового было разработано устройство вызова медсестры, которое согласуется с пультом медсестры. Произведен расчет и выбор элементов. Пульты вызова размещаются в палатах у каждой койки и таких пультов может быть до 64 штук. Для организации такой системы была выбрана сеть MicroLAN, с помощью которой было выполнено условие технического задания, использование телефонного провода в качестве шины.

По моему мнению, при реализации данного устройства нужно будет произвести ряд работ по отладке программы, корректировки наминала элементов и настройке всей системы в целом. Теоретически данное устройство работать будет.

Литература

1. А.С. Мечев. Насосные установки современных пожарных автомобилей. Обзорная информация. ЦНИИТЭСТОЙМАШ, Москва, 1981 г.

2. А.С. Мечев. Современные восоконапорные и комбинированные насосы пожарных автомобилей. Обзорная информация. ЦНИИТЭСТРОЙМАШ, Москва, 1976 г.

3. А.С. Мечев. Центробежные насосы пожарных автомобилей. ЦИНТИАМ, Москва, 1964 г.

4. А.К. Михайлов. Конструкции и расчет центробежных насосов высокого давления. Москва, «Маш.», 1971 г.

5. А.К. Михайлов. Лопастные насосы. Теория. Расчет и конструирование. Москва, «Маш.», 1977 г.

6. И.А. Чиняев. Лопастные насосы. Справочное пособие. Ленинград, «Маш.», 1986 г.

7. Лопастные насосы. Справочник под ред. В.А. Зимницкого и В.А. Умова. Ленинград, «Маш.», 1986 г.

8. В.Я. Карелин. Кавитационные явления в центробежных наосах. Москва, «Маш.», 1975 г.

9. А.И.Степанов. Центробежные и осевые насосы. Перевод с английского под ред. В.И. Поликовского. Москва, «Маш.», 1960 г.

10. А.С. Мечев. Вакуумные системы современных пожарных машин. Обзорная информация. М.,ЦНИИТЭСТРОЙМАШ, 1983 г.

11. Отчет ВНИИПО и ОКБ ПМ по теме НИР «Провести исследования по созданию автоматических систем и устройств для забора воды из открытых водоисточников», тема П34.И.008.82, 1984 г.

12. В.А. Успенский, Ю.М. Кузнецов. Струйные вакуумные насосы. М., «Маш.», 1973г.