Модель світлофора зі звуковою сигналізацією на базі мікроконтролера i8051

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП…………………………………………………………………………… 

1. Загальний розділ…………………………………………………………….. 

1. Призначення пристрою………………………………………………….
2. Розробка структурної схеми пристрою на мікроконтролері…………

2. Спеціальний розділ……………………………………………………………
1. Технічні характеристики пристрою…………………………………….
2. Аналіз роботи пристрою по принциповій електричній схемі………...
3. Проектно-розрахунковий розділ……………………………………………..
1. Обґрунтування використаної елементної бази………………………...
2. Розрахунок окремих функціональних вузлів…………………………..
3. Розрахунки на надійність………………………………………………..
4. Експлуатаційний розділ………………………………………………………
1. Інструкція по експлуатації пристрою…………………………………..
1. Загальна блок-схема алгоритму програми………………………..
2. Програма, під керівництвом якої працює пристрій……………...
2. Методи налагодження та контролю розроблюваного пристрою…….
3. Методи пошуку та усунення несправностей…………………………..
5. Охорона праці…………………………………………………………………
1. Загальні вимоги техніки безпеки……………………………………….
2. Вимоги техніки електробезпеки при виконанні та налагоджуванні пристрою…………………………………………………………………

ВИСНОВКИ……………………………………………………………………..

Список використаних джерел…………………………………………………..

 

 

ВСТУП

На всіх етапах свого  еволюційного розвитку люди прагнули механізувати працю. Проте, як правило, ця механізація стосувалася фізичної праці: було застосовано важіль, колесо тощо.

Сьогодні вже неможливо уявити своє життя без електроних пристроїв, адже вони використовуються в усіх сферах життєдіяльності людей: у побуті, промисловості, сільському господарстві тощо.

Створення та вдосконалення обчислювальних машин диктувалися проблемами науки і техніки. Поява перших механічних лічильних машин і зростаючий попит на них різко прискорили роботи з удосконалення технології їх виготовлення.

Людство пройшло довгий шлях, перш ніж досягло сучасного стану  засобів обчислювальної техніки.

Основними етапами розвитку обчислювальної техніки є:

I. Ручний — з 50-го тисячоліття  до н. э.;

II. Механічний — з середини XVII століття;

III. Електромеханічний — з дев'яностих років XIX століття;

IV. Електронний — з сорокових  років XX століття.

Ручний період автоматизації обчислень  почався на зорі людської цивілізації та базувався на використанні пальців рук і ніг.

Розвиток механіки в XVII столітті став передумовою створення обчислювальних пристроїв і приладів, що використовують механічний спосіб обчислень.

Електромеханічний етап розвитку обчислювальної техніки є  найменш тривалим і охоплює близько 60 років — від першого табулятора Г.Холлерита до першої ЕОМ “ENIAC”.

Початок електронного етапу пов'язують із створенням в США в кінці 1945 р. електронної обчислювальної машини ENIAC американським інженером-електронщиком Дж. П. Эккерт і фізиком Дж.У. Моучлі.

 

На початку XVX ст. англійський які математик Ч.Беббідж сформулював основні положення, які мають лежати в основі конструкції обчислювальної машини принципово нового типу. Так, машини повинні мати:

1. «Склад» для зберігання цифрової інформації (запам’ятовуючий пристрій у сучасних ЕОМ).

2. Пристрій, який здійснює  операції над числами , взятими зі «складу». Беббідж називав такий пристрій «млином» (арифметичний пристрій у сучасних ЕОМ).

3. Пристрій для керування  послідовністю виконання операцій, передаванням чисел із «складу» на «млин» і навпаки, тобто пристрій керування.

4. Пристрій для введення  вихідних даних і індикації результатів, тобто пристрій введення - виведення.

Головна відмінність  машин різних поколінь полягає в  елементній базі, логічній архітектурі  і програмному забезпеченні, крім того, вони розрізняються по швидкодії, оперативній пам'яті, способам введення і виведення інформації.

Розробка систем керування  та контролю з використанням однокристальних мікроконтролерів (МК) у наш час набуває широкого розповсюдження. Системи на базі МК використовуються майже в усіх сферах життєдіяльності людини і з кожним днем з’являються нові області застосування цих пристроїв.

У даному курсовому проекті розробляється модель світлофора зі звуковою сигналізацією на базі мікроконтролера i8051.

 

1 ЗАГАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

1.1 Призначення пристрою

Світлофор – пристрій для регулювання транспортних і пішохідних потоків шляхом подачі різних сигналів.

Світлофор представляє собою корпус, частіше пластиковий або алюмінієвий, у якому розміщене джерело світла. Як джерело світла використовуються або прості лампи розжарювання, або більш сучасні та довговічні світлодіодні матриці, експлуатація яких розрахована на п'ять років.

Основними кольорами  регулювання рухом є: червоний, жовтий та зелений. Спосіб управління світлофорами може бути автоматичним і ручним.

Сигнали світлофора мають такі значення:

1. Зелений круглий  сигнал – дозволяє рух транспортних  засобів і пішоходів;

2. Зелений сигнал  у вигляді стрілки (стрілок)  на чорному фоні дозволяє рух  у зазначених напрямках. Таке  ж значення має і зелена  стрілка в додатковій секції світлофора, показуючи поворот наліво, направо, або розворот;

3. Зелений мигаючий  сигнал дозволяє подальший рух,  але попереджає, що незабаром  його час закінчиться.

4. Жовтий сигнал  забороняє рух і попереджає, що  незабаром відбудеться зміна сигналів. Його час зазвичай становить 3-5 секунд.

5. Жовтий миготливий  сигнал або два жовтих поперемінно  миготливих сигнали дозволяють  рух. Вони інформують про наявність  на дорозі небезпечної ділянки  (пішохідного переходу, залізничного  переїзду, нерегульованого перехрестя тощо).;

6. Червоний сигнал, у тому числі мигаючий, або  два поперемінно мигаючих червоних  сигнали забороняють рух транспорту  і пішоходів;

7. Одночасно  включені червоний і жовтий  сигнали відповідають жовтому  (таке поєднання сигналів забороняє рух транспорту і пішоходів та інформує про майбутнє включення зеленого сигналу);

 

8. Чорні контурні  стрілки на червоному і жовтому  сигналах не змінюють їх значення, а лише попереджають, що після  включення зеленого рух можливий  тільки за зазначеними напрямками.

Спосіб управління світлофорами може бути автоматичним і ручним.

Існують три  основні системи управління автоматичними  світлофорами:

• система з фіксованим часом;
• система, що активується транспортним засобом;
• система з комп'ютерним управлінням.

У першій тривалість червоного і зеленого сигналу задається за допомогою електронного реле часу і залишається незмінною до наступної переустановки. Прості системи управління не враховують зміни транспортного потоку і можуть бути використані тільки там, де потік транспорту завжди відносно невеликий.

Сучасні світлофори –  складні пристрої, які складаються  з контролера дорожньої сигналізації, власне світлофора, датчиків транспортних засобів, стовпів і опор світлофорів.

Комп'ютер у  складі контролера управляє вибором і синхронізацією напрямків рухів відповідно до мінливих умов руху, які реєструються датчиками пристроями для індикації проходження або присутності транспортних засобів.

Датчики активізуються  зміною електричної індуктивності, викликаної транспортним засобом. Мета координації полягає в тому, щоб пропустити найбільше число транспортних засобів через систему з найменшими затримками.

Є два типи датчиків транспортних засобів: верхні датчики  і датчики транспортних засобів  – петлі. Верхні датчики встановлені  на шосе і націлені на лінії зупинки транспортного засобу, петлі датчика транспортного засобу поміщені під шосе і індукують магнітне поле. Рух фіксується датчиками на підходах до світлофорних об'єктів для коригування сигналів, щоб контролювати і призначати черговість проїзду на основі мінливих обставин руху. Коли транспортний засіб виявлено, повідомлення посилається контролеру, керуючому роботою світлофорів, щоб змінити послідовність сигналів.

 

Всі дорожні  світлофори, встановлені на одному світлофорному об'єкті, працюють згідно із затвердженим проектом режиму роботи.

Найзавантаженіші  напрямки в координації руху є  пріоритетними в порівнянні з  менш завантаженими.

Тривалість  світлофорного циклу коливається  від 80 до 160 секунд.

Управління  роботою світлофорів автоматизовано і ведеться з виносного пульта управління (ВПУ). Пульт з'єднаний з дорожнім контролером багатожильним кабелем, довжина якого складає не менше 250 метрів. Живлення пульта здійснюється від контролера. Контроль роботи ВПУ здійснюється оператором.

1.2 Розробка структурної схеми пристрою

Модель світлофора являє собою систему, що складається  з двох світлофорів: пішохідного  та транспортного. Керування моделлю  світлофора полягає у почерговій забороні руху транспорту з дозволом руху пішоходів шляхом перемикання відповідних світлових сигналів та сигналізації дозволу руху пішоходів.

Модель такого світлофору може бути розроблена з  використанням реле часу

Модель світлофора зі звуковою сигналізацією являє  собою пристрій на основі МК і8051 і  складається з наступних складових частин:

• пристрою керування світлофором (мк і8051);
• ламп розжарювання червоного, жовтого та зеленого кольору для керуванням транспортним потоком;
• ламп розжарювання червоно та зеленого кольору для керування пішохідним потоком;
• звукової сигналізації на базі головки гучномовця 0,5 ГДШ-2 для сигналізації дозволу руху пішоходів;
• кнопок заборони руху транспорту;
• генератору прямокутних імпульсів.

Структурна  схема моделі світлофора показана на рис.1.1.

 

 

 

 

Рисунок 1.1 –  Структурна схема моделі світлофора

Дана модель світлофора побудована на основі мікроконтролера  і8051, який виконує керування усіма  компонентами схеми. Через лінії  порту вводу/виводу мікроконтролер здійснює увімкнення/вимкнення ламп транспортного та пішохідного світлофорів. Інформація про заборону транспортного руху надходить від кнопок заборони руху транспорту через лінію зовнішнього переривання порту вводу/виводу мікроконтролера. Гучномовець необхідний для відтворення сигналізації дозволу пішохідного руху. Керування сигналізацією від мікроконтролера здійснюється шляхом видачі сигналу заданої частоти, тобто імпульсів, частота яких задається внутрішнім таймером мікроконтролера.

Генератор прямокутних  імпульсів використовується для  завдання апаратної затримки перемикання світлових сигналів світлофора.

 

 

 

 

 

 

 

 

2  СПЕЦІАЛЬНИЙ РОЗДІЛ

2.1 Технічні характеристики пристрою

Мікроконтролерна  модель світлофора побудована на базі мікроконтролера і8051, що має вбудований ПЗП ємністю 4К та ОЗП ємністю 128 байт.

Тактова частота роботи мікроконтролера 8 МГц.

Робочий діапазон частот головки гучномовця 0,5 ГДШ-2 становить 315-5000 Гц. Для даної моделі світлофора було обрано частоту звукових імпульсів сигналізації 1кГц та 3кГц.

 Частота генератора прямокутних імпульсів для формування апаратної затримки визначається за формулою 1.1 і становить 4 Гц.