Замок кодово-сенсорный 
Замок кодово-сенсорный
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра информационных систем и измерительных технологий КУРСОВОЙ ПРОЕКТпо предметуЦифровые измерительные устройствана тему: Замок кодово-сенсорныйВыполнил: Проверил: Москва 2006 СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ 1. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ» ЗДАНИЙ 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ 2.1. Источник питания 2.2. Кодово-сенсорный замок 3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 3.1. Источник питания 3.2. Кодово-сенсорный замок 4. РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ 4.1. Источник питания 5. ЗАПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА 6. РАЗРАБОТКА И МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ПРИЛОЖЕНИЯ ФИРЭ.ИИТ.КП602916/С.001 ФИРЭ.ИИТ.КП602916/С.002 ФИРЭ.ИИТ.КП602916/С.003 ЛИТЕРАТУРА ВВЕДЕНИЕЦифровые измерительные приборы (ЦИП) - это многопре-дельные, универсальные приборы, предназначенные для измере-ния различных электрических величин: переменного и постоян-ного тока и напряжения, ёмкости, индуктивности, временных параметров сигнала (частоты, периода, длительности импульсов) и регистрации формы сигнала, его спектра.В цифровых измерительных приборах входная измеряемая ана-логовая (непрерывная) величина автоматически преобразуется в соответствующую дискретную величину с последующим представ-лением результата измерения в цифровой форме.По принципу действия и конструктивному исполнению циф-ровые приборы разделяют на электромеханические и электрон-ные. Электромеханические приборы имеют высокую точность, но малую скорость измерений. В электронных приборах используется современная база электроники.Несмотря на схемные и конструктивные особенности, прин-цип построения цифровых приборов одинаков (см. рис. 1).Рис. 1. Структурная схема цифрового прибораИзмеряемая величина X поступает на входное устройство при-бора ВУ, где происходит масштабное преобразование. С входного устройства сигнал поступает на аналого-цифровой преобразова-тель АЦП, где аналоговый сигнал преобразуется в соответству-ющий код, который отображается в виде числового значения на цифровом отсчетном устройстве ЦОУ. Для получения всех управляющих сигналов в цифровом приборе предусмотрено устройство управления (УУ) (на рис. 1 не показано).Входное устройство цифрового прибора устроено аналогично электронному прибору, а в некоторых конструкциях на его входе используется фильтр для исключения помех. [4,83]В зависимости от принципа аналого-цифрового преобразова-ния (АЦП) цифровые измерительные приборы разделяют на уст-ройства прямого преобразования и компенсационные (с уравновешива-ющим преобразованием).Основными элементами ЦИП яв-ляются триггеры (электронное устройство с двумя устойчивыми состояниями), дешифраторы (преобразователь кода с одним ос-нованием в код с другим основанием) и знаковые индикаторы (преобразователь электрического сигнала в световой). Несколь-ко знаковых индикаторов образуют цифровое отсчетное устрой-ство. К наиболее важным характеристикам ЦИП относятся: раз-решающая способность, входное сопротивление, быстродействие, точность, помехозащищенность. Разрешающая способность ЦИП определяется изменением цифрового отсчета, приходящегося на единицу младшего разряда. Входное сопротивление ЦИП характе-ризует мощность, потребляемую им от объекта измерения. Быстро-действие ЦИП оценивается числом измерений в секунду. Точность измерений ЦИП отражает близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Класс точности ЦИП определя-ется пределом допускаемой относительной погрешности где c, u, d - постоянные числа, характеризующие класс точности ЦИП соответственно в конце и начале диапазона; Хк - конеч-ное значение диапазона. Класс точности обозначается в виде дроби c/d, например класс 0,02/0,01.Помехоустойчивость ЦИП определяется степенью подавления помех на его входе и характеризуется коэффициентом подавления помехK=20lg(Enoм /U0),где ЕП0М - амплитудное значение помехи на входе прибора; U0 - эквивалентное входное постоянное напряжение, вызывающее та-кое же изменение показаний прибора, что и ЕПОМ.Достоинства: высокая чувствительность (по напряжению посто-янного тока 1 нВ, по напряжению переменного тока 1 мкВ, по постоянному току 1 нА, по переменному току 5 мкА, по сопротив-лению постоянному току 10 мкОм, по частоте от долей Гц). Высо-кая точность измерения (ЦИП подразделяют на восемь классов точности: 0,005; 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0). Удобство и объек-тивность отсчета и регистрации; возможность дистанционной пе-редачи результата измерения в виде кодовых сигналов без потери точности; возможность сочетания ЦИП с вычислительными ма-шинами и другими автоматическими устройствами, высокая поме-хозащищенность.Недостатки: сложность устройств и, следовательно, высокая их стоимость, невысокая надежность.Основные усилия разработчиков направлены на повыше-ние надежности и создание ЦИП с расширенными функци-ональными возможностями, обеспечивающих макси-мум эксплуатационных удобств, что связано с широ-ким применением микроэлектроники и микропроцессорной тех-ники. 1. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ» ЗДАНИЙНа сегодняшний день всё большее распространение получает термин «интеллектуальное здание» - то здание, оснащенное средствами автоматического контроля над всеми системами жизнеобеспечения. Комплекс жизнеобеспечения интеллектуального здания образуют следующие системы: - защиты от проникновения с подсистемами: защиты периметра, контроля доступа в здание или отдельные помещения (кодовые замки, домофоны) и обнаружения незаконного проникновения внутрь и перемещения по зданию (различного рода сенсоры); - внешнего и внутреннего видеонаблюдения (видеокамеры, видеосерверы); - противопожарная (пожарные датчики, автоматические разбрызгиватели); - контроля за расходом воды и электроэнергии (управляемые счетчики, предназначенные не только для визуального контроля, но и для передачи измеренных параметров на вышестоящий уровень АСУ;- информационная (обеспечивает доступ к сетевым ресурсам); - управления силовым оборудованием и освещением (освещение внутри здания, внешняя подсветка, лифты);- климатического контроля и вентиляции; - телефонная, с выходом в городскую телефонную сетьи прочее специфическое оборудование, не влияющее на безопасность и функционирование здания.Контроль над работой систем может быть распределенным или централизованным. Так, вахтер или местная охрана могут управлять системами видеонаблюдения, контроля доступа и защиты от проникновения; ответственный за пожарную безопасность - противопожарной системой, а администратор локальной сети - доступом пользователей сети здания к внешним и внутренним информационным ресурсам, например Интернету.«Интеллектуальное» здание от автоматизированного отличается, главным образом, возможностью программировать управляющие системы таким образом, чтобы реакция на события внутри периметра здания происходила по заранее определенному сценарию. Любая из подсистем такого здания либо функционирует полностью автономно, фиксируя свои действия в журнале событий, либо оперативно взаимодействует с оператором, запрашивая у него подтверждение действий. [5]Все системы жизнеобеспечения могут охватываться единой кабельной структурой, либо каждая из них будет построена на своих кабелях. Общей средой передачи информации может служить, например, коммутируемая сеть Ethernet. Однако надежность системы в целом в этом случае будет ниже, так как при повреждении кабельной проводки нарушается функционирование всех систем, подключенных к данному сегменту кабеля. Как правило, создается шесть независимых кабельных структур (информационная сеть здания - обычно Ethernet; замкнутая петля пожарной системы 2x2 провода; замкнутая петля системы защиты от проникновения; замкнутая петля сервисных служб - контроль освещения, расхода электроэнергии, воды; сеть передачи информации от системы видеонаблюдения; телефонная сеть здания. В некоторых случаях на небольших или имеющих универсальный пожарно-охранный контроллер объектах может использоваться одна и та же кабельная проводка для противопожарной и охранной систем.Система видеонаблюдения может быть совмещена с информационной сетью здания. В этом случае для ограничения доступа к видеоданным коммутаторы локальной сети здания (центральный и этажные коммутаторы, если таковые имеются) должны иметь функцию виртуальных локальных сетей (VLAN). Однако отдельные видеокамеры могут предоставляться для совместной эксплуатации.В связи с бурным развитием IP-телефонии и новыми интеграционными возможностями телефонная сеть здания также иногда, особенно в офисах, объединяется с информационной сетью. Ведущие производители телекоммуникационного оборудования уже выпустили в продажу устройства, подобные телефонам, но подключающиеся к локальной сети.Системы управления домовой автоматикой (СУДА), к которым можно отнести пожарную систему, охранную систему и сервисные службы, функционируют на всех уровнях модели открытых систем по единым принципам.На физическом и канальном уровне СУДА представляет собой один или несколько сегментов, разделенных функционально и физически (территориально).Важно отметить, что идеология построения «интеллектуальных» зданий может быть использована при проектировании систем управления жизнеобеспечением различных строений: жилых, офисных или промышленных.Описанная структура представляет собой наиболее общий случай системы управления зданием. Конкретная реализация идеологии «интеллектуального здания» в значительной мере зависит от требований заказчика.Однако подобного рода разработки требуют не только больших временных затрат, но и финансовых вливаний. Разрабатываемый кодово-сенсорный замок в какой-то степени позволяет не допускать бесконтрольного посещения какого-либо объекта. 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ2.1. Источник питанияСтруктурная схема источника питания представлена на рис. 2.1.Рис. 2.1. Структурная схема блока питанияПТ - понижающий трансформатор. Устанавливает уровень требуемого выходного напряжения. Снижает электробезопасность источника питания и потребителя.ВБ - выпрямительный блок. Используют элементы (в основном полупроводниковые диоды) обладающие вентельными свойствами, то есть односторонней проводимостью. Преобразуют синусоидальное напряжение в пульсирующее однополярное, которое содержит в своем составе постоянную составляющую, первую и высшую гармонические составляющие.СФ - сглаживающий фильтр. Предназначен для уменьшения пульсации выпрямленного напряжения.С - стабилизатор напряжения. Исключает влияние внешних и внутренних факторов на стабильность выходного напряжения (колебание входного напряжения, температуры, влажности, «старения» элементов).Н - нагрузка. Может носить активный, емкостной или индуктивный характер, который существенно влияет на работу источника питания. 2.2. Кодово-сенсорный замок.Рис. 2.2. Структурная схема замкаСП - сенсорная панель. Служит для набора правильной комбинации кода, чтобы открыть замок.ИП - источник питания. Предназначен для питания замка.П - преобразователь. Основное его предназначение - преобразование правильной последовательности кода, набираемой на сенсорной панели в сигнал для срабатывания реле.Р - реле. Используется для приведения в движение при правильном наборе кода запорного механизма.ЗМ - запорный механизм. Служит для закрытия и открытия двери. 3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ3.1. Источник питания.Для большинства цифровых устройств необходим источник питания. При большом потреблении мощности использование как источника гальванических батарей неэкономично. В этом случае постоянное напряжение получают путём трансформирования и выпрямления напряжения сети. Для этой цели в данной приборе используем (см. приложение ФИРЭ.ИИТ.КП602916/с.003) двухполупериодный выпрямитель со средней точкой трансформатора. К достоинствам можно отнести - используются обе половины переменного напряжения. При этом вырабатывается пульсирующее колебание, в котором отсутствующие в однополупериодной схеме полуволны инвертируются и появляются между положительными полуволнами. Коэффициент пульсации составляет 0,67, для сравнения коэффициент пульсации однополупериодного выпрямителя 1,57. Чтобы уменьшить пульсации, на выходе выпрямителя, в схему включаем сглаживающий Г - образный RC - фильтр. Коэффициент сглаживания показывает, во сколько раз фильтр уменьшает пульсации выпрямленного напряжения. , где ,,,- коэффициенты пульсаций и амплитудные значения напряжения на входе и выходе фильтра. Схемы стабилизации используются во многих, но не во всех источниках питания. Для обеспечения устойчивости выходного напряжения постоянного тока в условиях изменяющейся нагрузки, колебаниях напряжения в сети используем стабилизатор в виде интегральной микросхемы. Включим в схему резистор R1 являющимся датчиком тока в схеме защиты от перегрузок. На выходе схемы установим конденсатор С2, служащий для снижения уровня пульсаций выходного напряжения, а так же повышения устойчивости стабилизатора. С помощью переменного резистора R5 можно будет производить более точную регулировку выходного напряжения. 3.2. Кодово-сенсорный замок Для приведения в действие исполнительного механизма замка дос-таточно в определенной последовательности дотронуться пальцем сен-соров Е2...Е5. При этом необходимо касаться во время набо-ра кода сенсора Е1 либо пар сенсоров: Е2, Е1; ЕЗ, Е1; Е4, Е1; Е5, Е1. При касании сенсоров Е2, Е1 положительное напряжение через цепь Rl, VD1, сопротивление кожи, VD2, R2 поступит на вход элемента DD1.1. В результате триггер DD3.1 установится в «единичное» состоя-ние и подготовит элемент DD5.2. В связи с этим после касания сенсо-ров ЕЗ, Е1 триггер DD3.2 также установится в «единичное» состояние. Аналогично касание сенсоров El, E4 и El, E5 приведет к установке в «единичное» состояние соответственно триггеры DD4.1 и DD4.2. Уро-вень логической 1 на прямом выходе триггера DD4.2 открывает ключ VT1, и реле К1 своими контакторами включает исполнительный меха-низм замка. В данном устройстве элементы DD6.1...DD6.3 служат для сброса всех триггеров при нарушении последовательности набора. Для этой же цели служат сенсоры Е6...Е10, при касании к любому из них все триггеры обнуляются. Цепь R12, С6 играет двойную роль. Она предотвращает ложное сраба-тывание замка при включении питания (устанавливает триггеры в «нуле-вое» состояние) и обеспечивает включение исполнительного механизма на определенное время, задаваемое постоянной времени цепи R12, Сб. Этого времени должно быть достаточно для того, чтобы засов замка, связанный с сердечником электромагнита, приготовился защелкнуться. Помещение закрывают, захлопывая двери, аналогично некоторым типам механических замков. Цепь Rl3, C7 предотвращает возможный сброс триг-гера DD4.2 при включении электромагнита, поскольку замок и электро-магнит имеют общее питание. Устройство собрано на микросхемах КМОП структуры, поэтому характеризуется малым потреблением электроэнер-гии. В проектируемом кодовом замке используем микросхемы К561ЛА7, К561ЛА9, К561ЛЕ5, К561ТМ2. В основе всех цифровых микросхем КМОП находятся элементы И, И, ИЛИ и коммутативный ключ. С помощью КК реализуются выходы с третьим состоянии очень большого выходного импеданса Z (практически разомкнуто). Полевые транзисторы можно соединять последовательно «столбиком», поэтому элементы И, ИЛИ строятся по разным схемам. Для КМОП принято, чтобы 1 отображалась высоким уровнем, а 0 - низким. Один двухвходовый канал И из микросхемы К561ЛА7 (см. рис. 3.2.) содержит четыре разноканальных полевых транзистора: VT1 и VT2 - n, а VT3, VT4 - p -канальные. На эквивалентной ключевой схеме выходы А и В получают четыре возможных логических сигнала от переключателей S1 и S2.
Страницы: 1, 2
|
|
