|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет информатики и вычислительной техники
Кафедра ИВС
Система управления банкоматом
Курсовой проект
по дисциплине
Микропроцессорные системы
Выполнил: студент группы ВМ-41 Иванов П.В.
Проверил: Мясников В.И.
Оценка:
Йошкар-Ола 2007
АННОТАЦИЯ
В данной пояснительной записке представлены функциональные и принципиальные схемы проектируемого устройства управления банкоматом. В соответствии с заданием выбраны составные части схемы, рассчитаны необходимые параметры схемы.
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Требуется спроектировать устройство управления банкоматом на процессоре ADUC. Необходимо предусмотреть режим обработки клавиатуры, сенсорного дисплея, управление шагового двигателя, который будет обрабатывать информацию, а также предусмотреть связь с центром по интерфейсу.
ВВЕДЕНИЕ
Банкомат – это автомат для выдачи наличных денег по кредитным пластиковым карточкам. Банкомат подключен к линии связи для обмена данных с банковским компьютером, хранящим сведения о счетах клиентов. В его состав входят следующие устройства: дисплей, панель управления с кнопками, приемник кредитных карт, хранилище денег и лоток для их выдачи, хранилище конфискованных кредитных карт, принтер для печати справок, сервисная консоль. Банкомат подключен к линии связи для обмена данных с банковским компьютером, хранящим сведения о счетах клиентов. Схема управления банкоматом разработанная в данном курсовом проекте построенная на микропроцессоре ADUC.
Описание принципа работы банкомата.
Обслуживание клиента начинается с момента помещения пластиковой карточки в банкомат. После распознавания типа пластиковой карточки, банкомат выдает на дисплей приглашение ввести персональный код. Персональный код представляет собой четырехзначное число. Затем банкомат проверяет правильность введенного кода, сверяя с кодом, хранящимся на карте. Если код указан неверно, пользователю предоставляются еще две попытки для ввода правильного кода. В случае повторных неудач карта перемещается в хранилище карт, и сеанс обслуживания заканчивается. После ввода правильного кода банкомат предлагает пользователю выбрать операцию. Клиент может либо снять наличные со счета, либо узнать остаток на его счету.
При снятии наличных со счета банкомат предлагает указать сумму (100, 200, 500, 1000, 5000, 10000 рублей). После выбора клиентом суммы банкомат запрашивает, нужно ли печатать справку по операции. Затем банкомат посылает запрос на снятие выбранной суммы центральному компьютеру банка. В случае получения разрешения на операцию, банкомат проверяет, имеется ли требуемая сумма в его хранилище денег. Если он может выдать деньги, то на дисплей выводится сообщение "Выньте карту". После удаления карточки из приемника, банкомат выдает указанную сумму в лоток выдачи. Банкомат печатает справку по произведенной операции, если она была затребована клиентом.
Если клиент хочет узнать остаток на счету, то банкомат посылает запрос центральному компьютеру банка и выводит сумму на дисплей. По требованию клиента печатается и выдается соответствующая справка.
Сервисная консоль, которая используется обслуживающим персоналом, находится в специальном отделении банкомата, закрываемом на замок. С консоли производится управление доступом к хранилищу денег для загрузки банкнот, управление доступом к хранилищу конфискованных карт, запуск самодиагностики банкомата, конфигурация сетевого соединения с банковским компьютером.
Вид панели кнопок у банкомата
1.Экран для инструкций и сообщений
2.Считывающее устройство
3.Клавиатура банкомата
4.Клавиши меню
5.Окно для выдачи наличных денег
6.Окно для выдачи чека
1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
- Функциональная спецификация должна содержать следующие функции, которые необходимо выполнять системе:
- управление температурой, уровнем воды
- управление двигателем
- управление насосом, клапаном
- переключение режимов
|
Векторы
|
Двигатель включен
|
Клапан включен
|
Насос 2 включен
|
Нагреватель включен
|
|
Z0
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
Z1
|
-
|
+
|
-
|
-
|
|
Z2
|
-
|
-
|
-
|
+
|
|
Z3
|
+
|
-
|
-
|
-
|
|
Z4
|
+
|
-
|
+
|
-
|
|
Z5
|
-
|
-
|
+
|
-
|
- Описание интерфейса между системой и пользователем:
- система должна реагировать на выбор режимов кнопками
- система должна реагировать на срабатывания датчиков
- система должна управлять двигателем, ЖКИ, насосом, клапаном.
Представим функциональную спецификацию в виде документа по категориям ВХОДЫ, ВЫХОДЫ и ФУНКЦИИ.
ВХОДЫ:
- переключатель режимов
- датчик температуры
- датчик уровня воды
ВЫХОДЫ
- управление двигателем
- управление насосом, клапаном
- управление нагревателем
- ЖКИ
ФУНКЦИИ
- система восстанавливается при зависаниях
- система имеет защиту от дребезга контактов
- режимы отжима и полоскания, стирки.
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ
На основании анализа функциональной спецификации можно выделить следующие блоки, которые необходимо реализовать аппаратным способом:
ВХОДЫ:
- модуль датчика температуры;
- модуль переключателя режимов;
- модуль датчика уровня воды;
ВЫХОДЫ:
- модуль управления двигателем;
- модуль управления насосом, клапаном;
- модуль управления нагревателем;
- модуль ЖКИ;
ФУНКЦИИ:
- модуль управления двигателя;
- модуль силовых цепей управления насоса;
- модуль силовых цепей клапана;
- модуль силовых цепей нагревателя;
СТАНДАРТНЫЕ МОДУЛИ СИСТЕМЫ:
- модуль сброса и синхронизации;
- модуль питания;
Программные модули также определяются на основе анализа функциональной спецификации, из которого следует, что система может быть разделена на три части ВХОД, ВЫХОД и ФУНКЦИИ.
Входной и выходной модули реализуют функции взаимодействия с аппаратной частью системы и представляют нижний уровень модульной структуры.
Часть спецификации функции может быть разделена на три различных модуля:
- Входное состояние кнопок и датчиков считывается с помощью процедуры входного модуля. Однако прежде, чем должно быть предпринято какое-либо действие, необходимо проверить состояние этих входов. Все процедуры, выполняющие проверку и определяющие, какие действия должны быть предприняты по результатам проверки, необходимо сгруппировать вместе в модуле проверки;
- Модуль обслуживания охранного таймера;
- Если результат проверки одной из процедур модуля проверки указывает на то, что кнопка была нажата или изменилась температура, то должна быть вызвана процедура для последовательного установления выходных состояний;
- Модуль подавления дребезга контактов;
Модули, которые могут быть реализованы как аппаратным, так и программным способом:
- модуль таймера, для формирования временных интервалов;
Наиболее производительное решение – это использование встроенного модуля таймера, а программный модуль таймера будет осуществлять управление аппаратным узлом.
Модуль подавления дребезга контактов кнопок лучше реализовать аппаратным способом.
В результате разработки проекта системы можно построить её структурную схему:
Функционально-модульная структура программной части системы приведена далее. Каждый из модулей размещается на одном из трёх уровней нисходящей иерархии.
3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ УСТРОЙСТВА
3.1. Разработка функциональной схемы устройства
Модуль переключателя режимов реализуем в виде реле переключателя контактов. При сработке контакта, произойдет замыкание соответствующего контакта.
В качестве датчика температуры необходимо выбрать такой, который бы обеспечивал заданную точность измерения температуры.
Микроконтроллер должен содержать таймер, контроллер обработки внешних прерываний, охранный таймер. Все современные микроконтроллеры имеют встроенный тактовый генератор с внешней времязадающей цепью. На основании анализа структурной схемы получим, что количество внешних линий ввода/вывода должно быть не менее 32.
На схему сброса и синхронизации не накладывается каких-либо особых требований, вида: частота генератора должна иметь определенную стабильность.
Схема сброса должна выработать импульс сброса для микроконтроллера при включении питания.
Модуль драйверов позволяет микроконтроллеру управлять мощной нагрузкой. Насос, нагреватель и клапан питаются от напряжения ~220 В, поэтому модуль драйверов должен выполнять еще и роль гальванической развязки, с целью защиты всей схемы от возможного попадания высокого напряжения. Наиболее приемлемым вариантом развязки является использование оптосимисторов.
Для управления скоростью вращения, и направлением двигателя будем использовать дополнительный модуль.
В качестве модуля ЖКИ можно выбрать любой одно строчный индикатор с восемью символами в строке.
В качестве модуля нагревателя, насоса и клапана можно взять любые, работающие от сети переменного тока в 220 В, тогда для управления придётся использовать драйверы с оптосимисторами.
Модуль питания в нашем случае преобразует переменное напряжение ~220 В в напряжение питания для схемы контроллера. Остановимся на промышленном модуле питания АС/DC, имеющем меньшие габариты, повышенную надежность по сравнению с классическим источником питания на трансформаторе и линейном стабилизаторе.
3.2. Разработка принципиальной схемы устройства
Выбор кнопок, модулей переключателя режимов и датчиков температуры и уровня воды определяется эргономическими требованиями, ценой и т.д.
Модуль защиты от помех может быть реализован на дискретных элементах. Однако в настоящее время лучшим выходом является использование специализированных микросхем, разработанных для подключения механических переключателей. Так серия МАХ681х защищает от статического электричества ( 15кВ), большого напряжения на входах (до уровня 25В) и применима для жестких промышленных условий. Кроме того, она снабжена схемой защиты от дребезга контактов, что делает ее идеальным устройством съема состояния с переключателей. Для нашего случая подойдет микросхема МАХ6816. Её внутренняя структура содержит защитные диоды, аппаратную схему подавления дребезга и защиту от статики, типовая схема включения приведена на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Типовая схема включения микросхемы МАХ6818
В качестве датчика температуры выберем модель HEL-705 фирмы Honeywell. Он обеспечивает диапазон измерения температуры от минус 200 С до плюс 260 С, с точностью 0,5 С и имеет герметичный корпус, что позволяет использовать его при измерениях температуры воды. Сопротивление при 25 С0 составляет 1000 Ом. Время ответа менее 1 секунды. Максимальное напряжение питания 10 В. Рекомендуемый измерительный ток 1 мА. Чувствительность 0,5 Ом/градус. Размер корпуса D2.8*4.75.
Схема подключения изображена на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Схема подключения датчика температуры.
Остановимся на выборе микроконтроллера ADUC АТ90LS8515. Его характеристики: 40-выводной корпус –35 программируемых линий ввода/вывода с выходными буферами; 16-разрядный таймеры/счетчики, с частотой 50 Hz; 3 внешних прерывания; программируемый сторожевой таймер, интерфейс SPI и др.
Схема синхронизации наиболее просто реализуется путем использования внутреннего тактового генератора с подключенным внешним кварцевым резонатором. Так как разрабатываемая схема не критична к быстродействию, то зададимся частотой процессора 1МГц. Данная частота позволяет легко формировать необходимые временные задержки и энергопотребление микроконтроллера в этом случае незначительное.
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 АТ90LS8515 сброс низким уровнем.
Выберем супервизор фирмы Dallas – DS 1813-5, удовлетворяющий указанным условиям.
Рис.3.3. Типовая схема подключения супервизора питания.
В качестве двигателя выбирается любой питающийся от сети в 220 В 50 Гц.
Схему драйвера управления нагревателем, насосом и клапаном построим на мощных симисторах, которыми будем управлять через оптоэлектронную развязку. Например, фирма MOTOROLA предлагает симисторы серии МАС для токов до 40А и напряжений до 800В. Для управления симисторами фирма выпускает оптоэлектронные приборы серии МОС3хх.
Рис 3.4. Типовая схема драйвера.
В качестве ЖКИ выберем индикатор DV-16236 фирмы Data Vision.
Его характеристики:
- двухстрочный 16-символьный индикатор;
- 16 выводов;
- 8 – под данные;
- один для сигнала чтения/записи, сигнала разрешения, питания и др.
В нашем случае возможно использование ЖКИ в режиме 4 вывода под шину данных. На рис.3.5 показана схема подключения данного устройства:
Рис 3.5. Схема подключения индикатора.
В качестве источника питания, как отмечалось выше, проще всего выбрать промышленный АС/DC модуль. Данные модули выпускаются на разное входное/выходное напряжение с широкой номенклатурой выходной мощности. В нашем случае входное напряжение равно ~220В, выходное +5В. Источником питания выбираем AC/DC модуль МС5А фирмы ИРБИС.
Для систем управления маломощными двигателями специально разработана серия высоко-функциональных IGBT-модулей (AS IPM), которые сочетают силовые, защитные и управляющие функции в одной корпусе. Оптимизация эффективности всей управляющей системы была достигнута благодаря интеграции специальных функций, используемых в конкретных приложениях. Выберем модуль фирмы Mitsubishi Electric серии PS.
Фирма Crydom выпускает широкий ассортимент герконовых датчиков уровня жидкости горизонтального и вертикального (серия RSF5x) исполнения, изготавливаемых из различных материалов и предназначенных для работы в различных средах, в том числе и агрессивных, в диапазоне рабочих температур от -20 до +120 °C. В датчиках уровня жидкости поплавкового типа в качестве коммутирующего элемента используются герконы. При достижении жидкостью уровня размещения датчика, поплавок со встроенным магнитом поднимается вместе
с уровнем жидкости и замыкает или размыкает контакты геркона.
Выберем датчик RSF4-x.
Окончательная функциональная схема устройства:
+5В
300Oм
Кн.1…3
220В
Выкл.1
300Ом
DS1813-5
+5B 220В
LM388
+5B
300Ом
+5V 200В
t DV-16236
ИРБИС МС5А
220 v 50 Hz +5v
GND
Рис 3.6. Функциональная схема контроллера управления бытовой стиральной машиной.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ ЧАСТИ УСТРОЙСТВА
4.1. Разработка структуры программного обеспечения
В разделе проектирования системы была определена функционально-модульная структура ПО контроллера.
Эта структура должна быть дополнена еще двумя модулями, которые не могут быть выведены из функциональной спецификации – модуль ИНИЦИАЛИЗАЦИИ и модуль РАЗРЕШЕНИЯ ОБЩЕГО ПРЕРЫВАНИЯ. Когда система включается, она должна быть инициализирована. Таким образом, данный модуль должен находиться на втором уровне нисходящей иерархии – сразу за главным модулем. С целью лучшей читаемости программы., разрешение общего прерывания не будем включать в модуль ИНИЦИАЛИЗАЦИИ.
В соответствии с функционально модульной структурой процедура MAIN будет иметь вид:
MAIN()
{
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ();
РАЗРЕШЕНИЕ ОБЩЕГО ПРЕРЫВАНИЯ();
while (1)
{
ПРОВЕРКА ();
СБРОС WDT();
}
}
Первая операция процедуры MAIN обращается к процедуре ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ и далее к процедуре РАЗРЕШЕНИЕ ОБЩЕГО ПРЕРЫВАНИЯ. После выхода из этой процедуры осуществляется переход к другим процедурам, которые содержаться внутри бесконечного цикла while. Таким образом в системе обеспечивается проверка нажатия кнопок и выключателя, проверка состояния датчика температуры и сброс охранного таймера. Эти операции выполняются до тех пор, пока система подключена к источнику питания.
Модуль ИНИЦИАЛИЗАЦИИ должен содержать процедуры, которые выполняют функции инициализации и восстановления после зависания. При включении питания необходимо настроить следующие узлы микроконтроллера: порты, таймеры, систему прерываний, охранный таймер. Порты настраиваются на ввод или вывод информации. Таймер служит для отсчета временных интервалов и для часов реального времени. Настройка системы прерывания заключается в определении источников прерывания и их разрешения. У охранного таймера настраивается время задержки до его срабатывания, если не будет к нему обращения. Данный модуль является не сложным, поэтому не имеет смысла разбивать его на отдельные процедуры:
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ()
{
установка портов на ввод/вывод и задание выходного вектора;
настройка таймера на минимальный дискрет отсчета времени;
настройка постоянной времени охранного таймера;
настройка системы прерывания, разрешение отдельных прерываний;
}
Модуль РАЗРЕШЕНИЯ ОБЩЕГО ПРЕРЫВАНИЯ разрешает системе реагировать на прерывания. Для контроллера это внешнее прерывание от кнопок/датчика и внутреннее - от таймера. Разрешение индивидуальных прерываний выполнено в модуле ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ.
Модуль ПРОВЕРКИ проверяет состояние флага нажатия. Если флаг установлен, то запускается процедура, соответствующая нажатой кнопке. Эти процедуры содержатся в ВЫХОДНОМ модуле:
- как включения/выключения ламп;
- запуск компрессора;
- вывод информации на ЖКИ и т.д.
После окончания этой процедуры осуществляется сброс флага и разрешение прерывания по внешнему входу от кнопок, и система снова готова реагировать на внешние события.
ПРОВЕРКА()
{
Если флаг нажатия установлен, то выполнить
{
ВЫХОДНОЙ (параметры);
Сброс флага нажатия;
Разрешение прерывания по нажатию;
}
}
Модуль СБРОС WDT устанавливает охранный таймер в исходное состояние, не позволяя ему сбросить всю систему. Это библиотечная функция языка.
Модуль ТАЙМЕРА выполняет отсчет времени с определенной точностью. Для систем реального времени наиболее просто данный модуль реализуется в виде подпрограммы обработки прерывания по переполнению внутреннего таймера. В теле модуля должна располагаться переменная – счетчик текущего времени, значение которой будет увеличиваться с каждым вызовом прерывания. Синхронизация текущего времени с временем срабатывания кнопки должна осуществляться во входном модуле путем сброса счетчика времени в ноль.
ТАЙМЕР()
{
перезагрузка таймера для задания периода вызова прерывания;
увеличение счетчика текущего времени;
}
ВХОДНОЙ модуль должен реагировать на изменение сигнала от кнопок/датчика/выключателя. Реализуем данный модуль в виде подпрограммы прерывания по входному сигналу. При возникновении прерывания необходимо установить флаг нажатия.
ВХОДНОЙ()
{
установка флага нажатия;
сброс счетчика текущего времени;
сканирование клавиатуры;
подавление дребезга контактов;
опрос термометра;
}
ВЫХОДНОЙ модуль устанавливает выходной вектор на выходной порт микроконтроллера. Данные сигналы управляют ЖКИ и через драйвер освещением, нагревателем и компрессором.
ВЫХОДНОЙ(параметры)
{ /* начало процедуры*/
установка на порту выходного вектора;
} /* возврат
4.2. Разработка заданного программного модуля
Для реализации выберем модуль ПРОВЕРКИ. Представим его в графическом виде при помощи блок-схемы алгоритма.
4.3. Руководство программиста
Программа управления, написанная на языке С. Программа создана в соответствии с разработанным алгоритмом и состоит из 4-х модулей: обработки прерывания таймера – TimerOverFlow, обработки внешнего прерывания по входу INT0, проверки флага сработки\нажатия и установки выходного состояния – Contr_out, сброса охранного таймера- _WDR(), процедуры инициализации – INIT и сравнение температуры CHECK(). Модули представляют собой отдельные задачи. С целью организации простой системы переключения задач в каждой из них выполняется только одно состояние, после чего осуществляется выход из задачи. Для организации приоритетного обслуживания использована система прерываний. Переключение задач организовано путем помещения их в бесконечный цикл while(1) в основной программе main. Процедуры инициализации каждой задачи объединены в процедуре INIT. При проверке температуры указывается сопротивление регистра=0,3 мА,
Листинг программы:
#include <io8515.h>
#include <ina90.h>
#define time_otsim 10*1800 //время отжима 10 мин.
#define time_stirka 10*2400 //время стирки 30 мин
//определение масок прерывания
#define MskInt0=0x40
#define MskTIE1=0x80
//Определение номеров состояний
#define Q1 1
#define Q2 2
#define Q3 3
#define Q4 4
#define Q5 5
// определение периода счета таймера1
#define T1_H 0x3C
#define T1_L 0xB0
unsigned int xdsec // счетчик интервалов
char Q //номер состояния
//прерывание по переполнению таймера1
Interrupt[TIMER1_OVF1_VECT] void TimerOverFlow(void)
{TCNT1H=T1_H;TCNT1L=T1_L;
Xdsec++;
If (xdsec>time_otsim) xdsec=0;}
//внешнее прерывание по входу INT0
Interrupt[INT0_VECT] void Int0(void)
{xdsec=0;GIMSK &= ~MskInt();}
void nabor(void)
void nagrev(void)
void stirka(void)
void otsim(void)
void sliv(void)
void INIT(void) // инициализация контроллера
{
// Настройка таймера 1
TCCR1B |= 0x02; //коэффициент деления частоты генератора
TCCR1B &= 0xFA;
TCNT1H = T1_H; TCNT1L=T1_L;
_WDR();
WDTCSR |=0x0F;
WDTCSR &=0xFA;
// Настройка портов
DDRD = 0x00; // РD7...РD0 – на вход
DDRA = 0xFF; // PA5…PA0 – на выход
DDRC = 0xFF; // PC7…PC0 – на выход
DDRB = 0x7F; //PB7-вход, ост. - выход
//настройка прерываний
TIMSK |=MskTIE1;
GIMsk |=MskInt0;
_SEI();
}
Void CONTR_OUT (void)
{char t;
GIMSK &= ~MskInt0;
t=xdSec;
GIMSK |=MskInt0;
Switch(Q)
{case Q1:
If(Urwater1==1)
{nagrev();}
Break;
case Q2:
If(TEMP==1)
{stirka();}
Break;
case Q3:
If(t>time_stirka) {otsim();}
Break;
case Q4:
If(t>time_otsim)
{sliv(); }
Break;
case Q5:
If(Urwater2=0)
{Z=Z0;Q=Q0}
Break;
}
}
void CHECK(void) // функция проверки и изменения температуры
{
if(PORTA=0x01h) t=1;
if(PORTA=0x02h) t=2;
if(PORTA=0x03h) t=3;
while (1) }
switch (t) {
case '1';
case '2';
case '3';
case '1';
ACPCONT=0x01h; //запуск
while (TEMP);
ACPCONT=0x02h; //остановка
Interrupt ACP 9 using 1;
{
ACDATA; //считываем данные
t=ACDATA/48;
if(t>1) TEMP=0;
else TEMP=1;
ACPCONT=RESTART=0x03h; //сброс
}
case '2';
ACPCONT=0x01h; //запуск
while (TEMP);
ACPCONT=0x02h; //остановка
Interrupt ACP 9 using 1;
{
ACDATA; //считываем данные
t=ACDATA/43;
if(t>1) TEMP=0;
else TEMP=1;
ACPCONT=RESTART=0x03h; //сброс
}
case '3';
ACPCONT=0x01h; //запуск
while (TEMP);
ACPCONT=0x02h; //остановка
Interrupt ACP 9 using 1;
{
ACDATA; //считываем данные
t=ACDATA/37;
if(t>1) TEMP=0;
else TEMP=1;
ACPCONT=RESTART=0x03h; //сброс
}
void main(void)
{
INIT(); //инициализация контроллера
_SEI(); // Общее разрешение прерываний
DIODE=1;
// Бесконечный цикл
while (1);
{if(start);
{ CONTR_OUT;
_WDR(); }// Сброс охранного таймера
}
}
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения данной курсовой работы была разработана схема контроллера стиральной машины. Были выполнены выбор и обоснование элементной базы. В результате выполнения работы были приобретены навыки практического применения теоретических знаний, полученных в результате
изучения курса микропроцессорных систем.
6. ЛИТЕРАТУРА
- Мясников В.И. Микропроцессорные системы. Учебное пособие по курсовому проектированию.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003.
|
