Дипломдық жұмыс: Аспап жасау | Тұрғын үй және өндіріс ғимараттарының рұқсат ету жүйесін микроконтроллер базасында жасау

Мазмұны

Кіріспе
Техникалық бөлім
Микроконтроллер негізінде микропроцессорлық жүйені әзірлеу
Программалық жабдықтарды әзірлеу және талқылау
Біріккен аппаратық және программалық құралдардың әдістерімен талқылануы
Құрылымдық сұлбаны әзірлеу
Электромеханикалық құлыптың атқарушы элементі
Пернетақта құрылғысы
Есік ашылғандағы дабыл құрылғысы
Кодты теру кезіндегі дабыл құрылғысы
Конструкторлық бөлім
Микроконтроллерді таңдау
Кернеуді тұрақтандырғышты таңдау
Микроконтроллер мен пернетақтаны байланыстыру
Микроконтроллер мен электромеханикалық құлыптың атқарушы элементін байланыстыру
Микроконтроллер мен дабыл құрылғысын байланыстыру
Микроконтроллер мен дыбыстық дабыл құрылғысын байланыстыру
Программалық бөлім
Жүйенің жұмыс істеу алгоритмін және бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу
Бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу ортасын сипаттау экономикалық бөлім
Нарықты талдау
Маркетинг
Амортизациялық аудармалар
Электроэнергияға кететін шығындар
Қолданбалы шығындарды есептеу
Жобаның өзіндік құны
Бағдарламалық продукттың бағасы
Тіршілік қауіпсіздігі және еңбекті қорғау
Еңбекті қорғау туралы негізгі түсінік
Өрт қауіпсіздігі
Электр қауіпсіздігі
Қауіпсіздік ережесінің жалпы талаптары
Жұмыс орындары үшін жарықтандыру талаптары
Жұмыc oрнындағы жacaнды жaрықтaндыруды еcептеу
Қорытынды
Әдебиеттер тізімі
Кіріспе
Кодалық құлып күзетілетін тұрғын үйлерге, өндірістік ғимараттарға
бөтен адамдардан кіруінен қорғанудың тиімді құралы болып табылады.
Олардың артықшылықтары қолданудың қарапайымдылығы, сенімділігі,
жоғары деңгейде қорғанысты қамтамасыз ету мүмкіндігі, кодты ауыстырудың
салыстырмалы жеңіл болуы (қарапайым механикалық құлыппен
салыстырғанда). Сондай-ақ тағы бір маңыздылығы, көп көлемді адамдарға
рұқсат етуді көрсеткен кезде кілтті дайындаудың қажет еместілігі. Бірақ
мұндай жүйенің бір кемшілігі қаскүнемдіктерге кодты жасырын көру немесе
оны теріп алу мүмкіндігі. Алайда, кодтың көп разрядты болуы немесе кодты
терудің шектелген саны немесе код теру кездінде сәтсіз болған жағдайда
арасына уақыттық кідірісті еңгізу, кодты теріп алуға кедергі жасайтын
конструкциялық ерекшеліктерінің болуы бұл мәселе өте күрделене түседі.
Сондықтан да соңғы бұны өте ыңғайлы деп атауға болмайды. Берілген
дипломдық жобада микроконтроллерді қолдану арқылы тұрғын үйдің сыртқы
есігіне электронды кодалық құлыпты әзірлеу іске асырылады. Бұл дипломдық
жобада талаптардың бірі болып кодты теру кезінде дабылдық құрылымды
қондыру болып табылады.

1 Техникалық бөлім

1.1 Микроконтроллер негізінде микропроцессорлық жүйені әзірлеу
Микроконтроллердің негiзiндегі микропроцессорлық жүйе (МПЖ)
кейбiр объектiнi басқарудың мiндеттерiн атқару үшiн арнайы енгізілген жүйе
ретінде пайдаланады. Осы қолданудың маңызды ерекшелiгi нақты уақытта
жұмыс атқаруы, яғни белгiлi уақыт аралығында сыртқы оқиғаларға
реакцияның әсер етуі. Мұндай құрылғылар микроконтроллер атауын алды.
МПЖ - ні өңдеушiнiң алдында жобалаудың толық циклын өткiзуiн мiндеті,
қызмет етудiң алгоритмын әзiрлеуден бастап және бұйымның құрамын
комплекстi зерттеуге дейін,тіпті өндіріске қажетті жұмыс жүргізу міндеті тұрды.
Техникалық тапсырмада арнайы басқару функциясын дайындаудың
контроллерге қойылатын талаптары тұжырымдалады. Техникалық тапсырма
микронтроллерді қолданушыға не керектігін аспаптың қандай жұмыс жасау
керектігін анықтайды. Техникалық тапсырма жазбаша түсіндірме ретінде
ұсынылады. Қолданушының талаптары негiзiнде функцияны анықтайтын
функционалдық спецификация құрылады, соған сәйкес құрылғының қойылған
талаптарға сәйкестігі анықталады.
Ол деректердiң кірістегі және шығыстағы пiшiмдерiн сипаттап,
контроллерді басқарушы сыртқы әсерлерді бақылайды.
Басқару алгоритмның кезеңдерінің әзiрленуi ең жауаптысы болып
табылады, себебi осы кезеңнiң қатесi әдетте жасалынып бiткен бұйым.
Техникалық тапсырмада арнайы басқару функциясын дайындаудың
контроллерге қойылатын талаптары тұжырымдалады. Техникалық тапсырма
микронтроллерді қолданушыға не керектігін аспаптың қандай жұмыс жасау
керектігін анықтайды. Техникалық тапсырма жазбаша түсіндірме ретінде
ұсынылады. Қолданушының талаптары негiзiнде функцияны анықтайтын
функционалдық спецификация құрылады, соған сәйкес құрылғының қойылған
талаптарға сәйкестігі анықталады.
Ол деректердiң кірістегі және шығыстағы пiшiмдерiн сипаттап,
контроллерді басқарушы сыртқы әсерлерді бақылайды.
Техникалық тапсырмада арнайы басқару функциясын дайындаудың
контроллерге қойылатын талаптары тұжырымдалады. Техникалық тапсырма
микронтроллерді қолданушыға не керектігін аспаптың қандай жұмыс жасау
керектігін анықтайды. Техникалық тапсырма жазбаша түсіндірме ретінде
ұсынылады. Қолданушының талаптары негiзiнде функцияны анықтайтын
функционалдық спецификация құрылады, соған сәйкес құрылғының қойылған
талаптарға сәйкестігі анықталады [1].
Техникалық тапсырмада арнайы басқару функциясын дайындаудың
контроллерге қойылатын талаптары тұжырымдалады. Техникалық тапсырма
микронтроллерді қолданушыға не керектігін аспаптың қандай жұмыс жасау
керектігін анықтайды. Техникалық тапсырма жазбаша түсіндірме ретінде
ұсынылады. Қолданушының талаптары негiзiнде функцияны анықтайтын
функционалдық спецификация құрылады, соған сәйкес құрылғының қойылған
талаптарға сәйкестігі анықталады.
Ол деректердiң кірістегі және шығыстағы пiшiмдерiн сипаттап,
контроллерді басқарушы сыртқы әсерлерді бақылайды.
Басқару алгоритмның кезеңдерінің әзiрленуi ең жауаптысы болып
табылады, себебi осы кезеңнiң қатесi әдетте жасалынып бiткен бұйым
сынақтарында және құрылғыны қайта өңдеудi қажеттiлiгіне алып келедi.
Алгоритмның әзiрленуiнің аппараттық құралдар мен программалық
жабдықталуымен ажыратылатын бірнешіе мүмкіндіктері бойынша солардың
біреуін таңдауға алып келеді . Бұл ретте аппаратты құралдарды максималды
пайдаланылуы әзірлеуді жеңілдетіп, контроллердің жоғары өнімділігін
қамтамасыз етеді, бірақ бағаның өсуі мен қолданылатын қуат көзін бақылауды
қажет етеді. Микроконтроллер түрін таңдау кезінде келесі негізгі
сипаттамалар ескеріледі:
- разрядтылығы;
- тезәрекеттілігі;
- команданы теру және адресация әдістері;
- қорек көзіне және әртүрлі режимде қолданылатын қорек көзіне қойы-
латын талаптар;
- ПЕСҚ программасы мен мәліметтер жады көлемі;
- мәліметтер мен программалық жадыны кеңейтудің мүмкіндіктері;
- перифириялық құрылғының бар болуы және оның мүмкіндіктері, оған
қоса нақты уақытта жұмысты реттеуші құралдардың (таймерлер, оқиғалар
процессорлар т.б) болуы;
- құрылғы құрамында қайта программалану мүмкіндігі;
- ішкі ақпараттарды қорғау құралдарының бар болуы;
- конструктивтiк орындаудың әр түрлi нұсқаларда жеткiзiлуі;
- орындауды әртүрлі нұсқадағы құны;
- құжаттардың толық болуы;
- программалаудың тиімді құралдары мен микронтроллерді бақылаудың
тиісті түрлерінің бар болуы;
- жеткізудің (поставка) тиісті көлемінің болуы және басқа фирмалармен
бұйымдарды алмастыру мүмкіндігі [3].
Бұл тізім толық болып көрiнбейдi, себебi жобаланатын құрылғының
микроконтроллердің қазiргi уақытта шығарылатын түрлері әр түрлi
фирмалардың бұйымдарының түрлерiнiң санымен есептеледi. Модулдi
жобалаудың қазiргi стратегиясы тұтынушыны микронконтроллердің бір
ядролы әр түрімен қамтамасыз етеді. Мұндай құрылымдық әртүрлiлiк
өңдеушiнi алдында функционалды артықшылығы жоқ оңтайлы
микроконтроллерді таңдауға мүмкіндік береді, себебі ол қажет элементтердің
бағасын төмендетуге мүмкіндік береді. Дегенмен оңтайлы микроконтроллерді
таңдаудың мүмкiндiгi iс жүзiнде басқару алгоритмін терең зерттеуге жән
орындалатын программа мен микроконтроллердің объектiсімен түйiндестiң
желiлерiн өткiзуі жеткілікті. Осы кезеңде рұқсат етiлген қайта есептеулер
микроконтроллер үлгісін қайта ауыстыру қажеттiлiгіне және контроллер
макетінің баспа платасын қайта таратуына алып келеді. Мұндай жағдайда
таңдалынған микроконтроллер үшін программа - логикалық моделін пайдалана
отырып алдын ала негізгі элементтердің моделдеуін жүргізу керек.
Микроконтроллердің құрылымын әзiрлеуi кезеңінде
әзірлеуге қажетті
аппараттық модульдер мен саңылау түрлері анықталады.
Микроконтроллердің алдын ала конструкциялық өңделуі жүргізіледі.
Бағдарламалық қамтамасыз етудiң бөлiгiнде программалық модульдің
құрамы, программалау тілі мен байланысы анықталады. Осы кезеңде жобалау
мен таңдаудың негізгі құралдарын таңдау жүзеге асады [3].
1.2 Программалық жабдықтарды әзірлеу және талқылау
Бағдарламалық қамтамасыз етудiң әзiрлену кезеңдерінің мазмұны, оның
трансляциясы және моделі бойынша талқылау айтарлықтай пайдаланатын
құралдарға тәуелді болады. Қазіргі уақытта 8 разрядты микроконтроллердің
ресурстары программалауды жоғарғы дәрежедегі тілдермен қамтамасыз етуге
мүмкіндік береді. Бұл құрылымдық программалаудың барлық жетістіктерін
пайдалануға және жеке көрсетілім модульдерін қолдануға мүмкіндік береді.
Бір уақытта төменгі деңгейлі ассемблер тілі, әсіресе басқарылатын уақыт
интервалын қамтамасыздандыру қажет болғанда жиі қолданылып отырады.
Деректердi алдын ала өңдеудiң мiндетi жүзетiн нүктемен есептеулердi
пайдалану, трансцендент функцияларды жиi талап етедi. Қазіргі уақытта
микроконтроллер үшін программалық жабдықтаудың ең мықты құралы,
құрамында проект менеджері, текстілік реттегіш пен симуляторы бар, паскаль
және Си тіліндегі жоғарғы деңгейлі компиляторларды қосуға мүмкіндік
беретін интеграциялық әзірлеу ортасы болып табылады. Бірақ сонда да
ерекше назарға алатын нәрсе ол 8 разрядты микроконтроллердің аз болуы
әсерінен, сонымен қатар индекстік адрестеудің қолайсыздығынан, есте сақтау
жадының дұрыс белгіленбеуінен және архитектуралық жабдықталумен дұрыс
қамтамасыз етілмегендіктен компилятордың ең тиімді кодты таңдау
мүмкіндігі үлкен мөлшерге азаяды . Программалық жабдықталуды талдап,
тексеру үшін, тұтынушыға микроконтроллердің дайын программалық-
логикалық моделін қолдануға мүмкіндік беретін программалық симуляторлар
қолданылады. Программалық симуляторлар микроконтроллердің бірнеше
түрімен жұмыс істеуге негізделген және тегін таратылады.
Микроконтроллердің нақты түрін таңдауғасәйкес баптаулар мәзірі көмек
береді. Соның нәтижесінде барлық процессордың, үзіліс пен басқа да
перифириялардың,енгізі-шығару порттарының жұмысы модельденеді.
Микроконтроллердің есте сақтау картасы автоматты түрде симуляторға
жүктеліп, оларды талдау символдық бейнелену түрінде регистрде жүргізіледі.
Программаны симуляторға жүктеп, тұтынушы программаны үзіліссіз
баспалдақты режимде қосып, шартты және шартсыз тоқтату нүктелерін
белгілеп, микроконтроллердің симуляцияланатын регистрі мен жады
ұяшықтарын еркін түрлендірудің зор мүмкіндігіне ие болады.
Біріккен аппаратық және программалық құралдардың
әдістерімен талқылануы
Программалық және аппаратық құралдарды нақты уақыт масштабында
талдау ең көр жұмысты талап етеді және инструменталды талдау құралдарын
талап етеді. Инструменталды талдау құралдарына:
- cұлба ішіндегі эмуляторлар;
- даму платалары (бағалау платасы);
- талдау мониторы;
- программалық есте сақтау құрылғысы (ПЕСҚ) эмуляторы.
Сұлба ішіндегі эмулятор – бұл ең мықты және универсалды, оңай
басқарылатын, еркін бақыланатын және түрленетін, яғни реттелетін
контроллердың функциялануын көрінбестей етіп жасайтын,талдау құралы
болып табылады Даму платасы немесе шетел әдебиетінде қабылданғандай
бағалау плптасы, яғни
(Evaluation Boards),
өз кейпінде электронды
құрылғылардың макетін жасайтын конструктор болып табылады. Әсіресе бұл
платаларда стандартты перифириясы бар микроконтроллері орналасқан. Бұл
платаларға қосымша сыртқы компьютерімен байланысы бар байланыс
сұлбалары орналасқан. Ережеге сәйкес онда тұтынушының қолданбалы
сұлбасын монтаждауға арналған еркін алаңы бар. Кей кезде танымал
фирмалар ұсынған қосымша құрылғыларды орнатуға қажетті дайын түрлері
бар. Мысалы программалық есте сақтау құрылғысы (ПЕСҚ), жедел есте
сақтау жады (ЖАД), сұйық кристалды дисплей, перне тақта және анологты
цифрлық түрлендіргіш және тағы да басқалар [6].
Программалық есте сақтау құрылғысы (ПЕСҚ) бұл - бір стандартты
канал арқылы енгізіле алатын, талданатын платаға программалық есте сақтау
құрылғысын орнататын және оның орнына жедел есте сақтау жадын
орналастыратын программа-аппаратық құрал болып табылады. Бұл құрылғы
тұтынушыны көптеген программаланатын есте сақтау жадын қайта
программалаудан көптеген циклдардан қорғауға мүмкіндік береді.
Эмулацияланатын жедел жад модификацияны көруге мүмкіндік береді, бірақ
микроконтроллердің ішкі басқару регистрін бақылау осы уақытқа дейін
мүмкін болмай келеді.
Соңғы кезде программалық есте сақтау құрылғысы эмуляторларының
модельдері пайда болды, олар микроконтроллердің ішкі плпталарына қарауға
мүмкіндік береді. Нақты уақыттағы программалық және аппаратық
құралдардың талдану кезеңі, аппаратура мен программалық құралдар жүйе
жұмысының барлық басқару баспалдақтарын орнатқаннан кейін барып
жұмысын тоқтатады. Талдау кезеңінің соңында программатор көмегімен
микроконтроллердің энергияға тәуелді жадына жүктеліп, эмулятор көмегінсіз
контроллдердің жұмысы тексеріледі.
1.4 Құрылымдық сұлбаны әзірлеу
Берілген мәселенің ерекшелігін қарастырайық. Кодалық құлып
электромеханикалық құлыптың атқарушы құрылғысын басқаруды, яғни есікті
ашуды қамтамасыз ететін кернеу беруді басқаруды қамтамасыз ету керек.
Құлып атқарушы құрылғыда кернеудің болуымен ашылады және кернеудің
болмауымен жабылады деп ұйғарылады. Сондықтан да жүйеде, есік қашан
ашық екенін және қорек беру қажет еместігін анықтау үшін, есікті ашу
құрылғысы болуы қажет.
Тұтынушы дұрыс кодты терген жағдайда, ол құлып ашық және есікті
ашуға болатындығын хабарландырылған болуы керек, яғни құлыптың ашылу
туралы дерек индикациясы болуы қажет.
Құлып кодын терудің тізбектелген талпыныстары кезінде, бұл бөлмеге
кіруге бағытталған шабуыл жасаушы болса да немесе кодты ұмытып қалған
немесе дұрыс кодты теруге жағдайы жоқ тұрғын болса да, үй тұрғындарына
бұл туралы білу пайдалы болады. Осылайша, белгіленген сәтсіз
талпыныстардан кейін кодты теріп алу талпыныстар туралы жүйе дабыл
қағуы қажет.
Кодалық құлып, күзетілетін бөлменің иесінде күрделі қиыншылықтарға
немесе ыңғайсыздықтарға алып келу мүмкін, жұмыстың ақауы немесе
тоқтатылуы болатын жүйені құрайды, сондықтан да жүйе сенімді және
тұрақты жұмысты қамтамасыз етуі қажет.
Құлып ұйдің сыртқы есігінде орнатылатынын ескере отырып, ол кең
температуралар аймағында жұмыс істеуге қабілетті болуы қажет.
Құрылғыға жоғары айтылған талаптарға сәйкес, электронды кодалық
құлып өзіне келесідей элементтерді қосуы керек:
- микроконтроллер;
- пернетақта;
- электромеханикалық құлыптың атқарушы элементі;
- есікті ашу дабыл құрылғысы;
- кодты теріп алу талпынысы туралы дабыл құрылғысы;
- есікті ашу құрылғысы.
Элементтердің әрекеттесуі құрылғының құрылымдық сұлбасында
көрсетілген (1.1 сурет)......