Проектування локальної мережі зв`язку для обміну мовними повідомленнями

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки

ЗАВДАННЯ

з дипломного проекту (роботи) студента

Кірсанова Валерія Івановича

1. Тема проекту (роботи) Система охоронної сигналізації мікрорайону затверджена наказом по університету від " " р. №

2. Термін здачі студентом закінченого проекту (роботи) 30.05.1999 р.

3. Вихідні дані до проекту (роботи)

Ємність системи не менше 10000 об'єктів охорони

Максимальний час затримки повідомлення про злом або пожежі - не більше 15 с

Архітектура системи повинна базуватися на принципах багаторівневих локальних мереж

Швидкість передачі повідомлень вибрати з ряду стандартних швидкостей

У розробці використовувати переважно вітчизняну елементну базу

4. Зміст розрахунково - пояснювальної записки (перелік підлягають розробці питань)

Огляд існуючих технічних рішень

Вибір та обгрунтування вимог до розроблюваної системі

Розробка архітектури системи

Розробка принципової електричної схеми блоку ППК

Розробка програмного забезпечення

Системні розрахунки

5. Перелік графічного матеріалу (з точним зазначенням обов'язкових креслень)

Структурна схема системи

Схема функціональних зв'язків ППК

Алгоритм програми, що управляє

Електрична принципова схема блоку ППК

Результати системних розрахунків і граф станів МК мікросеті

Конструктивний креслення блоку ППК

6. Зміст завдання по техніко-економічного обгрунтування

7. Зміст завдання з виробничої і екологічної безпеки

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН

Дата видачі завдання Керівник

Завдання прийняв до виконання

Зміст

Введення

1. Огляд аналогів

2. Вибір та обгрунтування технічних вимог

3. Розробка архітектури системи

3.1 Розробка структурної схеми системи

3.2 Розробка функціональної схеми абонентського пристрою

3.3 Розробка протоколу обміну

4. Розробка і розрахунок електричної принципової схеми абонентського пристрою

5. Розробка керуючої програми

6. Розрахунок системних характеристик

7. Розробка конструкції друкованої плати

8. Моделювання роботи складових частин системи

9. Техніко-економічне обгрунтування проекту

10. Охорона праці та екологічна безпека

Висновок

Список літератури

Введення

Вся виробнича діяльність на промислових підприємствах безперервно пов'язана з управлінням. Для запобігання втратам і успішного управління створюють системи виробничого зв'язку.

Системи виробничого зв'язку сприяють прискоренню виробничих процесів, а своєчасна доставка інформації створює умови для нормального їх протікання, попереджаючи виникнення зривів і аварій, простої робітників бригад, і.т.д. тому системи виробничого зв'язку в помітною мірою впливають на підвищення продуктивності праці. Системи виробничого зв'язку організовуються відповідно до особливостей виробництва кожного конкретного підприємства. У цьому сенсі можна говорити про певну замкнутості виробничого зв'язку, особливо якщо врахувати, що багато її кошти обслуговують локальні виробничі дільниці і не мають виходу в мережу загального користування: диспетчерська, виробнича гучномовний та ін

Внутрішньовиробничі мережі зв'язку, що мають аналоги на мережах загального користування, володіють великою специфікою за способами організації зв'язку, типами застосовуваного обладнання, схемним рішенням і.т.д. Засоби виробничого зв'язку пристосовані для роботи при наявності високих рівнів шумів, пилу, вологи і мають інші додаткові можливості, щоб забезпечити оперативність управління виробництвом.

Система виробничого зв'язку, як і інші елементи технічної бази системи управління повинна задовольняти потребам системи управління, яку вони обслуговують. Це відповідність має бути досягнуто за одним або кількома такими показниками: обсяг повідомлень, переданих в одиницю часу, час доставки заданого обсягу повідомлень, вірність доставленої інформації, економічність доставки інформації.

Обсяг повідомлень, переданих в одиницю часу, визначає якісний рівень системи зв'язку. Якщо обсяг незначний, можуть бути використані найпростіші засоби доставки інформації. Інакше повинні застосовуватися сучасні засоби, що володіють великою пропускною здатністю.

Час доставки інформації адресату складається з часу складання адреси, підготовки інформації, різного роду очікувань у процесі встановлення з'єднань, часу передачі, а також отриманні інформації адресатом. Для більшості різних систем управління виробництвом цей показник найважливіший.

Вірність доставленої інформації є важливою її характеристикою і характеризує ступінь відповідності прийнятого повідомлення переданому.

Метою дипломного проектування є проектування локальної мережі зв'язку для обміну мовними повідомленнями. Необхідно опрацювати всі питання, обумовлені завданням на проектування. Розробку потрібно проводити на сучасній елементній базі з використанням ПЕОМ. У ході дипломного проектування необхідно проаналізувати існуючі аналогічні системи і розробити систему, яка була б більш компактна, надійна, проста, економічна і мала б невисоку вартість в порівнянні з існуючими аналогами.

1. Огляд аналогів

1.1 Структури переговорних пристроїв

У практиці виробничого зв'язку розрізняють такі структури зв'язку:

• парна,

• паралельна,

• радіальна одноступінчата,

• радіальна триступінчата,

• радіальна з кількома головними,

• кожен з кожним,

• змішана (комбінована),

Ріс.1.1.1 Парна зв'язок

Рис. 1.1.2 Паралельна зв'язок

Рис. 1.1.3 Радіальна одноступінчата

Рис. 1.1.4 Радіальна триступенева

Рис. 1.1.5 Радіальна з кількома головними

Рис. 1.1.6 Кожен з кожним

Головним називається абонент, в якого встановлюється апаратура, що забезпечує йому переваги при зв'язку або тільки з одним абонентом, званим парним; або з декількома абонентами, званими прямими, кожен з яких може з'єднуватися тільки з даним головним абонентом; або з декількома абонентами, званими індивідуальними, які можуть з'єднуватися за власним вибором з даними або з іншими головними, а також з іншими неголовним абонентами.

У системах і пристроях гучномовного зв'язку можна здійснити в загальному випадку передачу:

• циркулярну, коли мова головного абонента чутна всім прямим абонентам;

• нараду, коли в розмові бере участь група абонентів, кожен з яких чує мову всіх інших.

Гучномовний зв'язок надає абонентам ряд переваг, які традиційні засоби традиційні засоби телефонного зв'язку не забезпечують:

- При розмові немає необхідності тримати в руці мікротелефонну трубку; абонент може суміщати розмову з виконанням інших функцій;

- В розмові можуть брати участь декілька осіб, оскільки кінцеві абонентські пристрої, на відміну від телефонних апаратів, не є засобами індивідуального користування;

• розмова може відбуватися в умовах високого рівня виробничих шумів;

• виклик необхідного абонента здійснюється більш ефективними засобами, ніж дзвінок телефонного апарату;

• час встановлення з'єднання мінімально і одно тривалості натискання клавіші. Навіть у системах прямий диспетчерської і директорської телефонного зв'язку цей час більше, так як до нього додаються час посилки сигналу виклику і час зняття абонентом мікротелефонної трубки;

• збільшується дальність зв'язку, так як до складу апаратури включаються підсилювальні елементи.

Крім цього, пристрої та системи гучномовного виробничого зв'язку зберігають і переваги телефонного зв'язку:

• коло абонентів може бути розширений до будь-яких меж, необхідних для сучасних промислових підприємств та установ;

• може бути встановлений пріоритет у користуванні зв'язком, забезпечено підключення абонентів до іншої особи, підключення до диктофона, і.т.д.

в окремих системах і пристроях забезпечується утримання абонента на час наведення довідок. Як правило, у всіх системах передбачається зв'язок зі станціями аналогічної системи або міськими телефонними станціями по з'єднувальним лініях з можливістю включення окремих абонентів цих станцій в систему гучномовного зв'язку.

1.2 Принципи здійснення гучномовного зв'язку

У найпростішому вигляді гучномовний зв'язок можна здійснити послідовним підключенням до телефонного апарату дуплексного підсилювача з мікрофоном і гучномовцем. У цьому випадку абонент при бажанні може користуватися або мікротелефонної трубкою, або мікрофоном для передачі і гучномовцем для прийому мови. Якщо підсилювач симплексний, то розмовні струми посилюються тільки при передачі, і ведеться передачу абоненти на вхідному кінці можуть чути по гучномовцях, підключеним паралельно телефонних апаратів.

Гучномовний зв'язок може бути здійснена:

• по чотирипровідних лініях з використанням роздільних підсилювачів прийому та передачі;

• двопровідними лініями або з використанням дуплексних підсилювачів з діфсістемамі, або із застосуванням симплексних підсилювачів і автоматичним переключенням трактів прийому і передачі;

По кожному із зазначених принципів може бути організована односторонній зв'язок, коли підсилювач є тільки на одному кінці лінії зв'язку, і двостороння, при якій підсилювачі є на обох кінцях лінії зв'язку.

Система чьотирьох однобічного зв'язку має простотою схеми і конструкцій підсилювачів, відсутністю самозбудження, високою якістю мовлення, зручністю проведення нарад. Однак дорого коштують.

Застосування диференціальної системи дозволяє здійснити гучномовний зв'язок по двухпроводной лінії, але через неминучою розбалансування діфсістеми виникає електричний зв'язок між підсилювачами прийому і передачі. Для стійкої роботи підсилювача з діфсістемой необхідно забезпечити рівність повного опору підключається навантаження і опору балансного контуру.

Рис. 1.2.1 Структурна електрична схема чьотирьох зв'язку

Рис. 1.2.2 Структурна електрична схема диференціальної системи підсилення: Діфф.тр. - Диференціальний трансформатор;

Недолік диференціальної системи полягає в проваллі початкових звуків і коротких слів, що робить мову неприродною.

1.3 Конкретні системи виробничого зв'язку

1.3.1 Переговорний гучномовний пристрій ПУ - 1

Пристрій призначений для прямої симплексного гучномовного зв'язку між двома абонентами. Воно забезпечує передачу повідомлень навіть при вимкненому апараті абонента, з яким встановлюється зв'язок. Комплект складається з двох однакових абонентських пристроїв. При перекладі одного з пультів у режим «Передача» другий автоматично переходить у режим прийому. Після закінчення розмови необхідно перевести пульт в режим «Прийом» кожне абонентський пристрій складається з пульта управління і блоку живлення. Пульт управління розміщений в настільному пластмасовому корпусі, блок живлення змонтований в металевому підставі і закритий кожухом. У блоці живлення розміщені мережевий трансформатор, випрямляч, електролітичні конденсатори фільтра, плата з запобіжником і перемикачем напруги мережі, плата для підключення шнура від пульта управління та з'єднувальних ліній. Блок живлення підключається до мережі живлення за допомогою двопровідного шнура, що закінчується двополюсної виделкою.

1.3.2 Оперативно-переговорні пристрої ОПУ-1М та ОПУ-10М

Пристрій ОПУ-1М призначений для переговорів керівника з секретарем з симплексного системі «говорю-слухаю». Перевага в розмові віддається керівнику. ОПУ-1М складається з пульта головного абонента, пульта абонента і блоку управління.

Кожен пульт абонента має по одній клавіші. У корпусі пульта вбудований оборотний динамік. Блок управління складається з підсилювача, виконаного на чотирьох транзисторах, стабілізованого випрямляча і схеми комутації.

Пристрій ОПУ-10М призначений для гучномовного циркулярного зв'язку головного абонента з одним з десяти абонентів за симплексного системі «говорю-слухаю». Перевага надається головному абоненту. Він може вести розмову з чотирма абонентами одночасно.

Пристрій ОПУ-10М складається з пульта головного абонента, десяти пультів абонентів і блоку управління. Пульт головного абонента з'єднаний з блоком керування за допомогою кабелю, абонентські точки приєднуються до блоку управління чотирипровідними лініями для кожного абонента (радіальна схема).

Головний абонент викликає абонента натисканням відповідної абонентської кнопки. Скидання абонентської кнопки, натисніть будь ненажатой кнопки. Виклик абонентом головного абонента здійснюється натисканням клавіші абонентського пульта, після чого на центральному пульті загоряється відповідна лампочка і звучить фонічно виклик.

Блок управління складається з підсилювача, стабілізованого випрямляча і блоку комутації. Гучномовці використовуються в режимі передачі як мікрофони і в режимі прийому як динаміки. Підсилювач виконаний на чотирьох транзисторах.

Таблиця 1.3.1

Технічні дані пристроїв типу «секретар-директор»

1.3.3 Установка директорської гучномовного зв'язку ДДУ - 1М

Установка призначена для прямої двосторонньої гучномовного зв'язку центрального абонента з десятьма або 20 абонентами за системою «говорю-слухаю», а також двопровідним лініях телефонної мережі. Розмовою управляє центральний абонент. Виклик абонента здійснюється голосом з пульта, виклик пульта абонентом - посилкою оптичних і акустичних сигналів. Схема установки містить підсилювальний пристрій пульта і підсилювальний пристрій абонента, кожне з яких складається з підсилювача прийому і передачі. Схеми підсилювачів виконані на транзисторах; передбачена термостабилизация робочих режимів.

Система працює нормально при опорі шлейфу лінії до 500 Ом. З виходу підсилювачів прийому на оборотні динаміки надходить мовний сигнал номінальною потужністю 0,1 - 0,15 ВА. Частотні характеристики всіх підсилювачів рівномірні в діапазоні частот 400 - 2500 Гц.

До складу апаратури входять пульт з підсилювачами і оборотним динаміком; релейний шафа з випрямлячем; абонентські телефонні апарати з підсилювачами і оборотними динаміками. Установка розрахована на цілодобову роботу в стаціонарних умовах при температурі навколишнього повітря від 5 до 40 градусів і відносній вологості 65%. Апаратура виготовляється двох видів: на десять абонентів і на двадцять.

1.3.4 Система гучномовного зв'язку «Телта-Рапід»

Призначена для роботи з двопровідним лініях зв'язку з опором кожної абонентської лінії не більше 50 Ом, при рівні шуму в приміщенні прийому і передачі не більше 60 дБ. Система містить блок живлення і комутації і 3,5 або 8 пультів абонентів у залежності від комплектності.

Забезпечує:

• ведення розмови між двома абонентами в симплексному режимі;

• оптична індикація заняття каналу зв'язку;

• можливість переривання розмови будь-якими абонентами;

Електроживлення від мережі змінного струму напругою 220В; 50Гц.

Габарити, мм; маса, кг: блоку живлення і комутації - 270 155 60; 2,3, пульта абонента - 235 110 65; 0,6.

1.3.5 Станція прямий захищеного зв'язку «Граніт»

Призначена для організації в установах і на підприємствах зв'язку керівника з чотирьох провідних лініях відповідно з 40 (20) прямими абонентами (ПА) у власній радіальної мережі і для зв'язку керівника та секретаря по з'єднувальним лініях (СЛ) з абонентами зовнішньої телефонної мережі.

Кількість з'єднувальних ліній 7, з них 2 індивідуальні для керівника і секретаря.

Технічні характеристики:

• максимальний опір шлейфа лінії прямого абонента 2000 Ом;

• максимальна відстань від пульта до шафи комутаційного обладнання 200 м;

• електроживлення: від мережі змінного струму 220 В (основне), джерела постійного струму напругою 60 В (резервне);

• габарити, мм: пульта секретаря 324х260х145, керівника 434х260х 145, шафи з ТЕЗамі 844х1837х370;

• маса, кг: пульта секретаря 7, пульта керівника 9;

Станція виконує наступні види послуг:

• індивідуальну зв'язок керівника з прямим абонентом телефонний або гучну;

• телефонний зв'язок по з'єднувальним лініях ддля керівника і секретаря;

• набір номера за допомогою кнопкового номеронабирача з індикацією набраного номера і збереження в пам'яті останнього набраного номера;

• перемикання індивідуальних з'єднувальних ліній на додаткові телефонні апарати та назад;

• утримання для ПА і СЛ з можливістю повторного підключення;

• Нарада з групою до десяти прямих абонентів в режимі як "вільні, так і телефонного зв'язку.

Всі операції максимально автоматизовані. Оптична та акустична сигналізація дають повну інформацію про абонентів. Можливе підключення диктофона для запису переговорів. Установка побудована на мікросхемах, герконовий реле, напівпровідникових приладах.

На виносному табло передбачена сигналізація: про включення установки, включення пульта управління, несправності основних блоків, про відсутність напруги основного і додаткового джерел живлення; перехід з основного живлення на резервне і назад автоматично, без обриву зв'язку.

1.3.6 Диспетчерська система RDZ 50

Система служить для зв'язку диспетчера з окремим абонентом. Всі апарати абонентів і диспетчерська установка паралельно приєднані до однієї парі лінії далекого зв'язку через розділові трансформатори. Система призначена для магістральної лінійної мережі, наприклад для залізничної мережі.

Система складається з однієї диспетчерської установки і максимально з 52 абонентських апаратів.

Система забезпечує:

• виклик абонентів двотональний частотним набором / на підставі рекомендацій CCITT /;

• виклик одного абонента / максимальна довжина виклику 1,2 секунди /;

• виклик групи абонентів;

• одночасний виклик всіх абонентів;

• оптична індикація зв'язку з абонентами на диспетчерському пульті;

• оптична індикація зайнятості лінії на апараті абонента;

• діагностика всієї системи / диспетчерської установки і

апарату абонента /;

• автоматичне регулювання рівня розмови;

• динамічне обмеження рівня шуму і фону / DJ і UP /;

• запис розмов на магнітофон;

• управління зовнішнього виклику / акустичного або світлового /;

• приєднання до телефонних комутаторів;

• можливість приєднання радіостанції та її автоматичне керування через UP і DJ;

• маленькі розміри і компактність установки;

• апарати абонентів, з точки зору конструкції, рівні і взаємозамінні;

Технічні характеристики системи

• вхідний і вихідний опір розмовного каналу мінімально 40 кОм;

• смуга займаних частот 300 - 3400 Гц

• характеристичний опір магістральної лінії 1200 Ом + / - 25%;

• загасання магістральної лінії максимально 20 дб;

• живлення від джерела постійного струму 5,5 В - 8 В, 24 В;

• споживана потужність максимальна 0,3 А

1.3.7 Система інтегрованої бездротової телефонії

Поява в складі відомчих АТС багатофункціональної бездротової апаратури зв'язку, забезпечило розвиток нових напрямків у бізнесі, підвищило продуктивність праці та рівень обслуговування клієнтів.

Однією з таких систем можна назвати систему ISDX компанії GPT зі стандартним інтерфейсом системи рухомого радіозв'язку СТ2, яка забезпечує до 1000 користувачів на територію площею до 5 млн.кв.м.

Ця система використовує принцип мікро-стільникового зв'язку. Територія офісу розділена на кілька радіозон, кожна з яких обслуговується окремим ретранслятором.

Ретранслятори підключені до ISDX по каналах системи сигналізації засновницької цифрової мережі. Це дозволяє розміщувати ретранслятори на видаленні до 1000 м від ISDX.

Всі мікротелефонні апарати повинні бути зареєстровані в системі, щоб виключити можливість несанкціонованого використання. Кожна мікротелефонна трубка має свій ідентифікаційний номер, який реєструється програмним забезпеченням станції.

Всі радіотелефонні трубки управляються системою, яка реєструє їх місцезнаходження. Це дозволяє швидко направляти надходять дзвінки на відповідну трубку. Якщо радіоабонентам не знайдений то дзвінки, що надходитимуть перемикатися на спеціальний телефонний номер, вказаний абонентом.

Стандартний інтерфейс гарантує таємницю переговорів і несанкціонованого входу в систему за рахунок складного кодування.

Технічні характеристики

Конфігурація ISDX - Micro ISDX - S ISDX - L

Ретранслятори до 40 до 80 до 400

(Двоканальні)

Кількість 1 - 120 1 - 500 1 - 1000

радіоабонентам

Ретранслятор

Кріплення настінне / підлогове

Розміри 440 × 337 × 320 мм

Колір нейтральний сірий

Напруга живлення 240 В 50 Гц пер. струму

Споживана потужність 40 Вт

Макс. видалення

від базового блоку 1 км

Число радіоканалів 2,4 або 6

З'єднувальний кабель 2 кручених пари на 32 радіоканалу

Радіосистема

Стандарт DTI MPT 1375, DTI MPT 1334

Кількість каналів 40

Потужність макс. 10 мВт

2. Вибір та обгрунтування технічних вимог

Вимоги до проектованої системи пред'являються на підставі ОСТ 4. 218.005 - 84 (пристрої переговорні проводового зв'язку загального призначення. Загальні технічні вимоги та методи випробувань).

Проектована система призначена для оперативного зв'язку на підприємствах і в установах будь-якого профілю і повинна забезпечувати гарну якість передачі мовних повідомлень в умовах ненавмисних перешкод (при використанні системи на промислових підприємствах). Система повинна задовольняти всім вимогам відповідного ОСТ і мати прийнятну вартість. Потрібно забезпечити мінімально можливе енергоспоживання. Потрібно забезпечити індикацію стану каналу, а також індикацію абонента. Крім цього необхідно приділити увагу надійності системи і простоті в експлуатації. У системі потрібно використовувати адресний розділення.

Подібні вимоги можна виконати, використовуючи сучасну елементну базу.

Наведемо вимоги до системи, пропоновані ОСТ 4.218.005 - 84.

Обов'язковий перелік

1. АЧХ в режимі «передача», «прийом».

1. Коефіцієнт гармонік електричного тракту.

2. Рівень гучності мовного сигналу в режимі «прийом» або відповідна йому величина електричної потужності.

3. Відносний рівень власних шумів.

4. Абсолютний номінальний рівень сигналу за напругою, переданого в лінію.

5. Споживана потужність.

АЧХ в режимі «передача» повинна знаходиться в допустимої області без фіксації по осі ординат. Похибка повинна знаходитись в межах 1 дБ.

дБ

30

20

15

5

Гц

300 3000 4000

Рис. 2.1. Область допусків для АЧХ

АЧХ в режимі «прийом» повинна знаходиться в інтервалі від 10 до 30 дБ.

Коефіцієнт гармонік не повинен перевищувати 10% ± 1,5%.

Рівень гучності мовного сигналу «Прийом» не повинен бути нижче рівня гучності звуку поданого в передавальний апарат. Похибка при цьому не повинна бути більше 2 дБ.

Вимоги безпеки

Вимоги електробезпеки повинні відповідати ГОСТ 12.1.019 - 79, ГОСТ 12.2007. 0 - 75, ГОСТ 12.3.019 - 80.

Електричний опір ізоляції пристроїв щодо корпусу має бути не менше 100 МОм - в нормальних кліматичних умовах, 5 МОм - при підвищеній температурі, 2 МОм - при підвищеній вологості. Похибка вимірювання повинна бути не більше 20 дБ.

Ізоляція електричних ланцюгів по відношенню до будь-яких металевих частин системи повинна витримувати протягом однієї хвилини без пробою або поверхневого перекриття 350 В для ланцюгів харчування з амплітудним значенням робочої напруги частотою (50 ± 2) Гц в нормальних кліматичних умовах.

3. Розробка архітектури системи

3.1 Структурна схема системи

Рис. 3.1 Структурна електрична схема проектованої системи

На підставі аналізу існуючих аналогів і технічних вимог, пред'явлених до проектованої системи розроблена структурна електрична схема, представлена ​​на рис. 3.1.

Структурна схема складається з таких блоків.

АУ 1, АУ 2, АУ i, АУ 15 - 15 абонентських пристроїв, призначених для обміну мовними повідомленнями.

Блок живлення - перетворювач первинної напруги мережі 220 В в напругу 12 В постійного струму. Забезпечує живлення абонентських пристроїв по одному загального проведення.

Лінія зв'язку є трипровідною. Один дріт загальний, по іншому подається харчування +12 В, третій провід сигнальний (моноканал).

3.2 Функціональна схема абонентського пристрою

Рис 3.2 Функціональна схема абонентського пристрою, підключеного до каналу зв'язку

АРУ - автоматичне регулювання підсилення;

ШІМ - широтно-імпульсний модулятор.

На підставі технічних вимог до системи і розробленої структурної електричної схеми складена функціональна схема абонентського пристрою, показаного на рис. 3.2.

Як моноканалу використовується звичайний телефонний дріт, який має невисоку ціну і ідеально підходить для системи передачі мовних повідомлень, що володіє невисокою швидкістю передачі інформації. Перейдемо безпосередньо до розгляду самого абонентського пристрою.

Воно являє собою пристрій з клавіатурою, що складається з 15 клавіш і індикаторів. Напроти кожної клавіші розташовується світлодіодний індикатор, що сигналізує абоненту про поточний стан каналу і інформує його про те хто його викликає. Поряд з клавіатурою розташовується динамік який виконує функцію мікрофона і телефону. Кожне абонентське пристрій складається з аналогової і цифрової частини. Аналогова частина виконує функцію прийому та передачі повідомлення. Цифрова частина являє собою пристрій управління, організує роботу абонентського пристрою.

Розглянемо роботу складових частин системи.

Кожне абонентський пристрій може знаходиться в трьох станах;

- Стан очікування;

- «Передача»;

- «Прийом»;

- «Відтворення».

Стан очікування - основний стан абонентського пристрою. У цьому режимі аналогова частина абонентського пристрою відключена від лінії, індикатори погашені, абонентський пристрій знаходиться в режимі зниженого енергоспоживання.

При необхідності передачі мовного повідомлення абонент натискає клавішу, навпроти якої розташована табличка з прізвищем та ініціалами абонента, що викликається. При цьому загоряється відповідний індикатор, що інформує про натискання клавіші. Якщо канал вільний то індикатор гасне і тим самим інформує абонента про встановлення зв'язку і можливості передачі повідомлення в канал зв'язку. Цей режим роботи називається "передача". Якщо канал зайнятий то вихід на передачу заблокований до звільнення каналу зв'язку. При розмові необхідно утримувати клавішу в натиснутому стані. В іншому випадку станеться обрив зв'язку між двома абонентами і перехід в режим очікування.

У режимі «прийом» на викликається абонентському пристрої загоряється світлодіодний індикатор напроти тієї таблички чиє абонентський пристрій намагається вийти на зв'язок. Потім до лінії зв'язку підключається викликається апарат йде прийом мовних повідомлень (режим «відтворення»). При появі паузи в лінії викликається абонентський пристрій переходить в режим очікування.

Для зв'язку між абонентами використовується моноканал. Перевага цієї топології полягає у відносній дешевизні, простоті нарощування мережі, для організації обміну мовними повідомленнями не потрібно окремого пристрою, що забезпечує роботу мережі зв'язку. Кожне абонентський пристрій у своєму складі має пристрій управління, призначене для організації роботи мережі зв'язку.

Абонентські пульти харчуються постійною напругою 12 В від загального блоку живлення, використовуючи для цього окрему лінію, яка прокладається поруч з сигнальною. Для передачі мовного сигналу використовується широтно-імпульсна модуляція. Обраний вид модуляції дозволяє спростити контроль моноканалу, спростити схему приймальної частини (оскільки інформація в ШІМ-сигналі закладена в постійної складової і його можна подавати прямо на динамік).

Тепер перейдемо безпосередньо до розгляду роботи схеми абонентського пристрою і почнемо з аналогової частини.

У режимі «відтворення» сигнал з лінії надходить на вхід вхідного підсилювача де він проходить попереднє посилення і далі надходить на вхід імпульсного підсилювача, який складається з перетворювача рівня і власне самого імпульсного підсилювача. Тут відбувається посилення по струму, після чого сигнал надходить на динамік. Цю частину схеми, що включає в себе вхідний і імпульсний підсилювач будемо називати надалі приймальні гілкою абонентського пристрою. Управління приймальні гілкою здійснюється шляхом впливу на перетворювач рівня. При відключенні його блокується проходження сигналу по приймальної гілки.

У режимі «передача» сигнал з динаміка надходить на вхід підсилювача низької частоти, де посилюється до рівня близько 0,7 В. Цей каскад охоплений ланцюгом АРУ яка стабілізує рівень вихідного сигналу, підвищуючи тим самим якість мови (оскільки абонент може знаходиться на різній відстані від переговорного пристрою і сигнал з виходу динаміка може змінюватися від 3 мВ до 30 мВ). Далі посилений сигнал надходить на вхід ШІМ, де відбувається модуляція меандру частоти 20 кГц. Ця величина є найбільш прийнятною оскільки при більшому значенні частоти несучої імпульсні сигнали будуть сильно спотворені через високу величини паразитної ємності лінії зв'язку. При величині частоти несучої менше 20 кГц в динаміці на приймальній стороні буде чутна несуча частота.

Далі промодульованих сигнал надходить на вхід вихідного підсилювача, призначеного для посилення по струму і з виходу надходить в канал зв'язку. Описану частина схеми, що складається з підсилювача низької частоти, ШІМ, вихідного підсилювача, будемо називати передавальної гілкою. У режимі «прийом» ця частина схеми відключається шляхом відключення живлення від підсилювача низької частоти.

Як вже було сказано при розробці структурної електричної схеми пристрій може знаходиться в чотирьох режимах, основним з них є режим очікування з якого ми й почнемо розглядати роботу нашої схеми.

Розглянемо роботу абонентського пристрої у всіх режимах його роботи.

У режимі очікування в абонентському пристрої працює тільки пристрій управління і вхідний підсилювач. Приймальна та передавальна гілки відключені від каналу зв'язку шляхом подачі управляючих сигналів з пристрою керування на підсилювач низької частоти і імпульсний підсилювач. Проводиться сканування клавіатури. Індикатори в цьому режимі погашені.

При натисканні клавіші схема виходить з режиму очікування, проводиться підсвічування світлодіодного індикатора, відповідного самій клавіші. Потім пристрій керування аналізує код клавіші, клавіші і перевіряє поточний стан лінії зв'язку. При відсутності сигналів у лінії пристрій керування видає свою адресу в лінію і включає передавальну гілку шляхом подачі живлення на підсилювач низької частоти і меандру на вхід ШІМ. Потім гаситься світлодіодний індикатор, повідомляючи тим самим абоненту про початок сеансу передачі і абонент починає передачу повідомлення (режим «передача» включений).

Поки абонент говорить, пристрій управління проводить сканування клавіатури і перевіряє відпущена клавіша. Після закінчення передачі абонент відпускає натиснуту клавішу і пристрій управління переводить абонентський пристрій в режим очікування.

Розглянемо роботу абонентського пристрою при прийомі мовних повідомлень.

При надходженні сигналу з моноканалу абонентський пристрій виходить з режиму очікування. При цьому виробляється переривання процедури сканування клавіатури і прийом адресної частини повідомлення (режим «прийом»). Пристрій управління перевіряє адресу місця призначення і якщо повідомлення адресовано не нам то мікроконтролер переводить абонентський пристрій в режим очікування.

Якщо повідомлення адресовано нам то пристрій управління виробляє підсвічування індикатора, що визначає абонента, що викликається. Далі абонентський пристрій переходить в режим «відтворення» (підключається приймальня гілку абонентського пристрою). У процесі відтворення мовного повідомлення пристрій управління перевіряє наявність паузи в моноканале. За її появу пристрій управління виробляє гасіння індикатора і відключення приймальні гілки від каналу зв'язку (перехід в режим очікування).

Схема харчується напругою +5 В через стабілізатор напруги за винятком імпульсного підсилювача, який живиться напругою +12 В від лінії через фільтр з харчування. Моноканал «підтягнуть» через резистор на лінію живлення +12 В і в режимі очікування в лінії зберігається стан логічної одиниці. Зробимо розрахунок подтягивающего резистора і будемо виходити з таких міркувань.

Як було сказано вище частота несучої ШІМ-сигналу становить 20 кГц. Тоді період відповідно дорівнює 50 мкс. Тривалість одного напівперіоду становить 25 мкс. Необхідно, щоб затягування фронтів було не більше 10 - 15% (зумовлено паразитної ємністю лінії). Тоді час наростання фронту імпульсу буде становити 2,5 мкс. Виходячи з цього визначаємо опір подтягивающего резистора.

R _під = t / С, (3.1)

Де З - паразитна ємність лінії, дорівнює 25 нФ (погонна ємність лінії дорівнює 50 пФ / м, довжина лінії 500 м);

t - час наростання фронту імпульсу;

R _під - опір подтягивающего резистора.

R _під = 2,5 '10 ^-6 с/25' 10 ^-9 Ф = 1000 Ом

3.3 Розробка протоколу обміну

На підставі аналізу форматів аналогічних систем пропонується наступна структура переданого повідомлення (див. рис. 3.3).

Рис. 3.3 Формат переданого повідомлення

Передане повідомлення складається з 5-и полів:

- Старт-біт;

- Адреса одержувача;

- Адреса відправника;

- Мовне повідомлення;

- Пауза.

Старт-біт переводить мікроконтроллер в режим «прийом». Адреса отримувача несе в собі інформацію про те кому адресоване повідомлення. Адреса відправника необхідний для визначення вихідного абонентського пристрою, після прийому і декодування якого підсвічується відповідний індикатор і, якій Ви телефонуєте стає відомо про те хто його турбує. Далі слід саме мовне повідомлення. Пауза - це стан моноканалу при якому в ньому підтримується стан логічної одиниці протягом 2 - 3 періодів ШІМ сигналу. При прийомі мовного сигналу мікроконтроллер постійно стежить за станом моноканалу і при виявленні паузи переводить абонентський пристрій в режим очікування.

Розглянемо тимчасову діаграму, яка пояснює алгоритм формування адресної частини переданого повідомлення (див. рис. 3.4).

Старт-біт

t t 1

Рис. 3.4 Діаграма, яка пояснює алгоритм формування адресної частини мовного повідомлення

Розглянемо тимчасову діаграму, яка пояснює алгоритм формування адресної частини переданого повідомлення.

Стартовий імпульс має тривалість t. Вона вибирається виходячи з того, щоб затягування фронтів складало не більше 5 - 10% від тривалості імпульсу. Так при затягуванні, рівному 2,5 мкс тривалість імпульсу повинна становити не менше 25 мкс.

Часовий інтервал t 1 повинен повинен мати величину, якої б вистачило для підготовки мікроконтролера до прийому адресної частини і ця величина повинна бути не менше 2,5 мкс.

У запропонованому форматі повідомлення адресу відправника і одержувача кодується по 4-е біта кожен, причому першим передається адреса відправника. Високий рівень лінії визначається як логічна одиниця, низький - логічний нуль.

При прийомі адресної частини повідомлення в певні моменти проводиться «склевиваніе» інформації з лінії (на тимчасовій діаграмі моменти «склевиванія» показані штрихами, проведеними поперек тимчасової осі).

Часовий інтервал між моментами зчитування стану лінії повинен дорівнювати величині 25 мкс.

Тривалість паузи повинна бути не менше 10 періодів ШІМ-сигналу для підвищення завадостійкості.

4. Розробка і розрахунок електричної принципової схеми абонентського пристрою

4.1 Вибір мікроконтролера

Для підвищення техніко-економічних показників (вартості, надійності, споживаної потужності, габаритних розмірів) при розробці використовуються мікроконтролери в якості пристрою керування.

В даний час існує безліч фірм, що випускають широкий асортимент мікроконтролерів, такі як Motorola, Microchip, SGS - Thompson, National, ALCATEC. Вони розрізняються електричними характеристиками і насиченістю периферійними пристроями. Добре зарекомендувала себе в плані швидкодії, економічності, простоти схеми розроблювального пристрою продукція фірми Microchip.

У таблиці 4.1 приведені параметри PIC-контролерів фірми Microchip. У управляючому мікроконтролері повинні бути присутнім як мінімум один зовнішній вхід переривань (для моноканалу), дві лінії для управління режимами роботи абонентського пристрою, одна лінія подачі несучої на відповідний вхід ШІМ, шість ліній для обслуговування клавіатури і індикаторів. Особливі вимоги пред'являються до споживаної потужності та стабільності роботи. Даними властивостями володіє PIC - контролер PIC 16 F 84.

Цей мікроконтроллер побудований за RISC архітектурі. Набір його команд містить всього 35 простих команд, які виконуються за один машинний цикл, крім команд пересилання. Він вигідно відрізняється низькою ціною і високою продуктивністю. Важливим достоїнством є мале енергоспоживання (2 мА на частоті 4 МГц і 5 В харчуванні і менше 1 мкА в режимі SLEEP) і широкі діапазони напруги живлення (2,5-6В) і тактовою частоти (до 20 МГц).

4.2 Принципова електрична схема

Розглянемо детально роботу абонентського пристрою (див. креслення «електрична принципова схема абонентського пристрої»).

У режимі «передача» сигнал з динаміка надходить на вхід попереднього підсилювача, зібраного на транзисторі VT 1, через розділовий конденсатор C 2. Цей каскад побудований на транзисторі типу n - p - n, охоплений паралельної зворотним зв'язком по входу і виходу (резистор R 1), яка призначена для температурної стабілізації робочої точки транзистора. Для захисту транзистора VT 1 від великого сигналу при роботі приймальної гілки в ланцюг бази включається діод VD 3. Далі сигнал надходить на наступний підсилювальний каскад через розділову ємність C4 і на вхід ланцюга АРУ звуку, що складається з пікового детектора на діоді VD 5, транзисторі VT4 і нелінійного опору на транзисторі VT1. Величина цього опору залежить від напруги, що знімається з пікового детектора і впливає на коефіцієнт підсилення каскаду на транзисторі VT 3. Діод VD 6 потрібен для швидкого перезаряду ємності C 7.

Наступний підсилювальний каскад являє собою інвертор (DD 3.1), охоплений негативним зворотним зв'язком R 7, C 6. Опір R 7 виводить робочу точку інвертора на середину прохідний характеристики елемента. Конденсатор C 6 призначений для обмеження смуги звукового сигналу на частоті 3400Гц. Діод VD 4 призначений для зменшення споживання струму при роботі абонентського пристрою в режимі «відтворення». Потім сигнал через резистор R 10 надходить на вхід компаратора напруги, який побудований на трьох інверторах DD 3.3 - DD 3.5, поріг спрацювання якого дорівнює 0,5 напруги живлення. До сигналу звуку підмішуються імпульси трикутної форми, отримані з прямокутних, шляхом пропускання їх через ланцюжок C 11, R 11, C 12, яка є фільтром низьких частот. Сигнал звуку змінює положення постійної складової послідовності трикутних імпульсів і на виході утворюється ШІМ-сигнал, тривалість імпульсів якого залежить від рівня сигналу звуку на вході компаратора. Далі сигнал через транзисторний ключ (виконує функцію вихідного підсилювача) побудований на транзисторі VT6 надходить в канал зв'язку. Передавальна гілка може бути відключена подачею рівня логічного нуля з лінії мікроконтролера RB 1 на резистор R 3 (див. креслення «електрична принципова схема абонентського пристрої»).

Розглянемо тепер роботу приймальної гілки.

У режимі «відтворення», як було сказано вище, передає гілку відключається подачею сигналу низького рівня на резистор R 3.

Сигнал з каналу через ланцюг R 12, C 8 надходить на вхід інвертора, який виконує функцію підсилювача-обмежувача (резистор R 8 виводить робочу точку на середину прохідний характеристики, R 12 є струмообмежувальним). Потім вже посилений сигнал надходить на перетворювач рівня, побудований на транзисторі VT 3. Це необхідно для нормальної роботи наступного каскаду оскільки він живиться напругою +12 В. Далі сигнал посилюється в імпульсному підсилювачі, що представляє собою ланцюжок паралельно включених інверторів DD 1.1 - DD 1.6 і надходить на динамік через ланцюжок паралельно включених діодів (у режимі «передача» цей ланцюжок запобігає шунтування вхідного опору підсилювального каскаду, побудованого на транзисторі VT 3).

У режимі «передача» приймальня гілку відключається подачею рівня +5 В на емітер транзистора VT 2 з лінії мікроконтролера RB 1.

Цифрова частина схеми включає в себе мікроконтролер DD 2, дешифратор DD 4, клавіатуру S 1 - S 15, блок індикаторів HL 1 - HL 15.

Схема харчується напругою +12 В (імпульсний підсилювач) і +5 В.

Каскад, побудований на транзисторі VT 5, виконує функцію стабілізатора напруги. Резистор R 13 задає струм, що протікає через стабілітрон VD 7.

4.3 Розрахунок підсилювача низької частоти

Вибираємо транзистор КТ3102В так як він має високий коефіцієнт передачі по струму.

= = 160, (4.1)

де h _{21 min,} h _{21 max} - параметри транзистора (вибираються з довідника).

Задаємося струмом колектора I _{0 k,} рівним 1 мА. Визначаємо струм бази транзистора.

I _0б = I _{0 k} / h ₂₁ = 1 мА/160 = 6 мкА (4.2)

Задаємося напругою U _k VT 1 рівним 0,5 E _п.

U _k = 0,5 'E _п = 0,5' 5 В = 2,5 В, (4.3)

Де E _п - напруга живлення транзистора VT 1.

Визначаємо опір R 3.

R 3 = (E _п - 0,5 'E _п) / I _{0 k} = 2,5 В / 0,001 А = 2,5 кОм

(Приймаємо рівним 2,4 до) (4.4)

Задаємося опором R 2 (воно впливає на глибину регулювання АРУ звуку) величиною порядку 10 кому. Тоді опір R 1 можна визначити наступним чином.

R 1 = (U _k - U _бе - I _0б 'R 2) / I _0б = (2,5 В - 0,7 В - 6' 10 ^-6 '10000) / 3' 10 ^-6 =

= 300 кОм (4.5)

Визначаємо вхідний опір каскаду.

R _вх = (R _вх.т + R 2) 'R 1 / (R _вх.т + R 2 + R 1), (4.6)

Де R _вх.т - вхідний опір транзистора (h _11е) і визначається за даними довідника (R _вх.т = 200 Ом) [].

R _вх = (200 Ом +10000 Ом) '300000 Ом / (200 Ом +10000 Ом +300000 Ом) = 10 до

Тепер, знаючи вхідний опір каскаду, можна визначити величину розділової ємності C 2.

C 2 = 1 / (2 'p' f _н '0,5' (R _дин + R _вх)), (4.7)

Де f _н - нижня частота спектру сигналу (f _н = 300 Гц),

R _дин - опір динаміка (R _дин = 50 Ом)

C 2 = 1 / (2 '3,14' 300 Гц '0,5' (50 Ом +10000 Ом)) = 0,1 мкФ

Визначаємо вихідний опір каскаду на транзисторі VT 2.

R _вих = (R1 'R _i) / (R1 + R _i), (4.8)

де R _i - вихідний опір транзистора VT 2 (R _i = 1 / h _22е = 800 Ом).

h _22е - довідкова величина (h _22е = 1,25 мСм) [].

R _вих = (300000 Ом '800 Ом) / (300000 Ом +800 Ом) = 800 Ом,

Визначаємо коефіцієнт передачі каскаду K [].

K = R 3 'I _ок / j _t, (4.9)

K = 2500 Ом '0,001 мА/26 мВ = 30

Визначимо розділову ємність С4.

C 4 = 1 / (2 'p' f _н '0,5' R _вих) = 1 / (2 '3,14' 300 Гц '0,5' 800 Ом) = 1,3 '10 ^-6 Ф

(4.10)

Тепер необхідно визначити величину коефіцієнта посилення следущего каскаду, який має посилити сигнал до рівня 1,5 В (поріг спрацьовування компаратора).

K 1 = U _комп / (U _{вх vt 3} 'K), (4.11)

Де U _комп - напруга на вході компаратора;

U _{вх vt 3} - напруга на вході каскаду, побудованого на транзисторі VT 2.

K 1 = 1,5 В / (0,003 В '30) = 10

Виходячи з цього визначаємо величину опору R 7.

R 7 = K 1 'R 3 = 10 х 2500 = 25000 Ом Ом (приймаємо 24 кОм) (4.12)

Визначаємо ємність С6 (обмежує смугу пропускання до рівня 3400 Гц)

С6 = 1 / (2 'p' f _в 'R 7) = 1 / (6,28' 3400 Гц '24000 Ом) = 1,9 нФ (4.13)

(Приймаємо 2НФ)

4.2 Розрахунок ШІМ і ланцюги АРУ

Визначаємо величину конденсатора С12 виходячи з умови t = R 11 'C 12 = 1 / f _ПН Де

f _пн - частота проходження прямокутних імпульсів, що надходять з виведення мікроконтролера на вхід компаратора через ланцюг C 11, R 11 (вибирається рівною 20 кГц, величиною опору R 11задаемся рівною 20 кОм).

С12 = 1 / (2 'p' f _пн 'R 11) = 1 / (6,28' 20000 Гц '20000 Ом) = 0,39 мкФ (4.14)

Ємність С11 визначається як розділова за наступною формулою.

С11 = 10 / (2 'p' f _пн 'R 11) = 10 / (6,28' 20000 Гц '20000 Ом) = 3,9 мкФ (4.15)

Тепер можна перейти до розрахунку схеми АРУ звуку. Оскільки в цьому ланцюгу використовується нестандартний режим роботи транзистора VT 3, який використовується як нелінійне опір і розрахунок його утруднений, то визначення параметрів ланцюга АРУ проводиться шляхом моделювання в середовищі Electronics Worcbench 5.0. Необхідно забезпечити мінімально можливу постійну часу ланцюга АРУ ​​при її моделюванні.

4.3 Розрахунок імпульсного підсилювача, вхідного підсилювача, стабілізатора напруги

Визначаємо струм у навантаженні, необхідним для розгойдування потужності 0,5 Вт у навантаженні при напрузі на навантаженні 11 В (вважаємо втрати близько 1 В).

I _н = P _н / U _н = 0,5 Вт/11 В = 45 мА (4.16)

В якості вихідного імпульсного підсилювача будемо використовувати ланцюжок паралельно з'єднаних інверторів мікросхеми КР564ЛН1.

Визначаємо розділову ємність С1. При її розрахунку не враховується вихідний опір імпульсного підсилювача, виконаного на мікросхемі КР564ЛН1.

С1 = 1 / (2 'p' f _н 'R _дин) = 1 / (6,28' 300 Гц '50 Ом) = 10 мкФ (4.17)

Розраховуємо опір R 4. Для відкритого транзистора справедлива наступна формула (I _к = 1 мА - цією величиною задаємося).

R 6 = U _п / I _к = 11 В / 1 мА = 11 кОм (4.18)

Визначаємо опір R 8. Його величина впливає на коефіцієнт підсилення DD 2.5 (коефіцієнт посилення такої схеми не може бути більше 10 і при розрахунку ми будемо вважати його рівним 10). Опір R 12 потрібно вибирати в 5 - 10 разів більше, ніж вихідний опір транзисторного ключа на транзисторі VT 6. Його можна прийняти рівним 10 кому.

R 12 = K _{dd 2.5} 'R 14 = 10' 10 кОм = 100 кОм (4.19)

Тепер перейдемо до розрахунку стабілізатора напруги.

Опір R 13 задає величину струму, що протікає через стабілітрон (будемо використовувати КС156Г). Для стабілізації напруги необхідно протікання струму порядку 1 мА.

R _ст = (U _п - U _ст) / I _ст = (11 В - 5,6 В) / 1 мА = 6,4 кОм (приймаємо 6,2 кОм),

(4.20)

де U _ст - напруга стабілізації. (довідкова величина) [],

I _ст - струм стабілізації. (Довідкова величина) [].

Ємність С13 призначена для фільтрації високочастотних складових. Її можна вибрати рівною 1 мкФ.

5. Розробка керуючої програми

5.1 Алгоритм програми, що управляє

Схема алгоритму показана на рис. 5.1.

Абонентський пристрій може знаходиться в одному з чотирьох станів:

- «Очікування»;

- «Передача»;

- «Прийом»;

- «Відтворення».

Режим «очікування» є основним. У цьому режимі на вхід управління приймальної і передавальної гілок подаються заборонні сигнали. Індикатори погашені.

У режимі «передача» дозволяється робота передавальної гілки подачею керуючого сигналу на відповідний вхід управління передавальної гілкою. На вхід подачі несучої ШІМ подається меандр частотою 20 кГц.

У режимі «прийом» відбувається прийом адресної частини повідомлення при цьому стану керуючих виходів мікроконтролера не змінюються.

У режимі «відтворення» дозволяється робота приймальної гілки й підсвічується відповідний індикатор.

Рис. 5.1 Схема алгоритму основної програми

Розглянемо роботу вищенаведеного алгоритму.

На початковому етапі роботи проводиться налаштування відповідних портів мікроконтролера і дозволяється переривання від лінії. Далі здійснюється перехід на процедуру сканування натиснутої клавіші. Вихід з цієї процедури можливе тільки після натискання клавіші або по перериванню від лінії. Процедуру обробки переривання від лінії ми розглянемо трохи пізніше а зараз зупинимося на поясненні роботи алгоритму, що реалізує режим «передача».

При натисканні клавіші відбувається вихід з процедури сканування клавіатури (включає в себе сканування клавіатури і перевірку натискання клавіші). При цьому підсвічується відповідний індикатор. Далі визначається код натиснутої клавіші. Потім перевіряється канал на наявність сигналів і за їх відсутності на лінію видається адресу абонента, що викликається. Потім слід видача адреси абонента після чого відбувається включення режиму «передача» та гасіння індикатора після чого абонент виробляє передачу повідомлення по каналу зв'язку. У процесі передачі повідомлення контролер перевіряє відпущена клавіша і при відпущеної клавіші відбувається відключення режиму «передача» і перехід на процедуру сканування клавіатури (установка режиму очікування).

Розглянемо тепер алгоритм роботи підпрограми, показаний на рис. 5.2.

Рис. 5.2 Структурна схема алгоритму перериває підпрограми

При надходженні переривання від лінії контролер виводить абонентський пристрій з режиму очікування (процедури сканування клавіатури) і забороняє переривання від лінії. Далі проводиться приймання адресної частини переданого повідомлення (режим «прийом»). Потім перевіряється прийнятий адресу і якщо повідомлення адресовано не нам то контролер очікує закінчення передачі повідомлення, після чого дозволяє переривання від лінії.

Якщо повідомлення адресовано нам то контролером включається режим «відтворення», під яким розуміється підключення приймальної частини абонентського пристрою і підсвічування відповідного індикатора.

При наявності в каналі паузи, що дорівнює величині 10 періодам ШІМ встановлюється стан очікування.

Розробка керуючої програми

При розробці програми використовувався програмний продукт MPLAB v .3.22 виробництва фірми Microchip. Він являє собою інтегроване середовище, що включає в себе програмний емулятор, внутрішньосхемного емулятор і вбудований текстовий редактор і поширюється вільно цією фірмою. Цей пакунок підтримує серії мікроконтролерів, починаючи з PIC 16 C 5 X і закінчуючи PIC 17 CXX. При розробці і налагодженню використовувався програмний емулятор цього пакета.

Розглянемо структуру керуючої програми, яка включає в себе кілька модулів.

transmit. asm - модуль, що містить підпрограму генерації адресної частини;

reciver. asm - модуль, до складу якого входить підпрограма прийому адресної частини, що надійшла на абонентський пристрій;

int. asm - підпрограма обробки переривання;

delay. asm - підпрограма, що реалізує затримку;

canal. asm - - процедура перевірки стану каналу;

System. Asm - головний програма.

Scan. Asm - модуль, що включає в себе підпрограми сканування клавіатури і читання власної адреси.

Всі підпрограми, які використовуються в головній програмі, оформлені у вигляді модулів і підключаються до неї командою # include <filename>, де filename - повне ім'я модуля, який повинен знаходиться в каталозі MPLAB. Для виклику процедури генерації адреси необхідно включити в тілі головного програми команду transmitcod. Попередньо необхідно занести в комірку пам'яті за адресою 12 код, що підлягає передачі в канал зв'язку (код клавіші заноситься в старшу тетраду осередку 12, власну адресу заноситься в молодшу тетраду цього осередку).

Прийом і декодування адресної частини здійснюється командою recivecod. Прийнятий адреса заноситься в клітинку 0 D.

Для виклику процедури затримки потрібно включити команду

delay [timedelay], де timedelay - ціле число, що визначає тривалість затримки (значення timedelay, рівне 1 відповідає затримці одного командного циклу, 2 - затримка на 4 - ту командних циклу, 3 - на 6 командних циклів і т. д.).

Процедура scankeyb модуля scan. Asm проводить сканування клавіатури і при натисканні клавіші визначає її код і поміщає в комірку пам'яті 0 d. Процедура цього ж модуля scanadres визначає власну адресу і заносить його в комірку пам'яті 0 E.

Для роботи програми резервуються наступні елементи пам'яті.

0С - код клавіатури;

0 D - декодований адресу;

0 E - унікальний код абонентського пристрою (власний адресу абонентського пристрою);

0 F - лічильник циклів;

10 - тривалість затримки;

12 - адресна частина, що передається по каналу;

Програмою використовуються лінії порту В для зв'язку з клавіатурою і каналом зв'язку (лінії RB 4 - RB 7 підключаються до клавіатури, лінія RB 0 - до лінії зв'язку через ключовий каскад на транзисторі) з огляду на те, що обробка даних здійснюється по перериванню (виклик переривати програми здійснюється щодо зміни стану лінії RB 0).

Лінії RB 1 - RB 2 є керівниками і служать для перемикання режимів роботи абонентського пристрою (RB 1 - «прийом», RB 2 - «передача»).

Лінії RA 4, RA 0 використовуються для управління клавіатурою та індикаторами.

Для сумісності з наступними моделями PIC 16 F 8 X в програмі не використовувалися команди TRIS і OPTION, оскільки вони можуть не підтримуватися в новіших моделях PIC контролерів.

Далі наведено початковий текст головний програми і модулів.

; System. Asm

list p = 16f84, f = inhx8m; основна програма

# INCLUDE P16f84.INC

# INCLUDE scan.asm

# INCLUDE canal.asm

# INCLUDE int.asm

# INCLUDE transmit.asm

org 0

goto begin

org 4

int; процедура обробки переривання

begin bsf status, rp0; настроювання портів

bsf trisb, rb0; RB0 на введення

bcf trisb, rb3; RB3 на висновок

bsf trisa, ra4; налаштування на введення RA4

bcf trisa, ra0; налаштування на висновок RA0

bcf status, rp0

bcf portb, 1; відключення аналогової частини від лінії

bcf portb, 2

bcf porta, 0; відключення підсвічування

scanadres; читання собственого адреси

bsf intcon, gie; дозвіл переривань по RB0

bsf intcon, inte

scankeyb; сканування клавіатури і визначення коду натиснутої клавіші

; Перевірка каналу на наявність сигналів

movlw 5; завантаження лічильника циклу

movw 0f;

decfsz 0f, 1

canal; процедура перевірки каналу

bcf portb, rb0; генерація старт-біта

delay 12; затримка на 25 мкс

bsf portb, rb0

movf 0c, 0; формування адресної частини

movfw 12; пересилання коду клавіші

transmitcod; видача адреси одержувача в канал

swapf 0e, 0

movf 0e, 0; пересилання коду абонентського пристрою

movfw 12

transmitcod; видача адреси відправника в канал

bsf portb, rb2; включити режим "передача"

bcf porta, ra0; відключення підсвічування

bcf status, rp0; настройка RB0 на висновок

bsf trisb, rb0;

bcf status, rp0

inver1 btfss porta, ra4; перевірка відпуску клавіші

goto inver; перехід на процедуру інверсії лінії rb3 c затримкою

bcf portb, rb2; вимкнення режиму "передача"

goto begin

; Інверсія входу несучої ШІМ c затримкою

inver comf portb, 1;

delay 12; затримка 25 мкс

goto inver1

end

; Reciver.asm

list p = 16f84, f = inhx8m; підпрограма прийому адреси

# INCLUDE P16f84.INC;

# INCLUDE delay.asm

recivcod macro

movlw 8; завантаження лічильника циклів

movf 0f

clrf 0d; скидання комірки пам'яті 0d

loop delay 12; затримка на 25 мкс

btfsc portb, rb0; перевірка вмісту лінії RB0

bsf 0d, 0; установка 0-го біта 0d

rlf 0d, 1; зсув вліво на один біт

decfsz 0f, 1

goto loop

endm

end

; Transmit. Asm

; Підпрограма генерації коду адреси в лінію

list p = 16f84, f = inhx8m; код видається старшими бітами вперед

# INCLUDE P16f84.INC

# INCLUDE delay.asm

COD equ 12

transmitcod macro

movlw d'4 '; завантаження лічильника циклів

movf 0f

bsf status, rp0; настройка лінії порту rb0 на висновок

bcf trisb, 0

bcf status, rp0

m1 delay 12; затримка на 25 мкс

btfss cod, 7; інверсія RB0 якщо біт "0"

comf portb, rb0

rlf cod, 1; зрушення змінної cod на один біт вліво

decfzc 0f

goto m1

endm

end

; Int. Asm

list p = 16f84, f = inhx8m; підпрограма обробки переривання

# INCLUDE P16f84.INC

# INCLUDE reciver.asm

int macro

bcf intcon, inte; заборона переривань по лінії RB0

recivcod; прийом адресної частини повідомлення

bcf status, z; скидання біта нульового результату

movf 0d, 0;

andwf 0e, 1; логічне "і" прийнятого і власної адреси

btfss status, z;

goto wait

movf 0d, 0; підсвічування індикатора

movwf portb

bsf porta, ra0

bcf portb, rb1; включення режиму "прийом"

canal; очікування закінчення повідомлення

bcf porta, ra0; відключити підсвічування

bsf portb, rb1; відключення режиму "прийом"

bsf intcon, inte; дозвіл переривань

goto ret

wait canal; очікування закінчення повідомлень

ret retfie; повернення з переривання

endm

end

; Canal. Asm

list p = 16f84, f = inhx8m; підпрограма перевірки каналу

# INCLUDE P16f84.INC

canal macro

bsf status, rp0; настройка RB0 на введення

bsf trisb, 0

bcf status, rp0

m2 molw 10; завантаження лічильника циклів

movwf 0f

movwf 11

m1 btfss portb, rb0; перевірка лінії RB0

decf 11; якщо в каналі "0", то декремент 11

decfsz 0f, 1

goto m1

movf 0f, 0

subwf 11,0; якщо 10 періодів ШІМ "порожні" то канал вільний

btfss status, z

goto m2

bsf status, rp0; настройка RB0 на висновок

b з f trisb, 0

bcf status, rp0

endm

end

list p = 16f84, f = inhx8m; модуль сканування

# INCLUDE P16f84.INC

scankeyb macro; підпрограма сканування клавіатури

bcf status, rp0

movlw 0

movwf portb

m incf portb, 1; сканування клавіатури

btfss porta, 4; перевірка натискання клавіші

goto m1

goto m

m1 movf portb, 0

bsf porta, ra0; включити підсвічування

movwf 0С; збереження коду натиснутої клавіші в 0С

endm

scanadres macro; підпрограма читання собственого адреси

bcf status, rp0

movlw 0

movwf portb

m incf portb, 1; сканування клавіатури

btfss porta, 4;

goto m1

goto m

m1 movf portb, 0; читання власної адреси

movwf 0e; збереження коду адреси в 0E

endm

end

; Delay. Asm

list p = 16f84, f = inhx8m; подпрогармма затримки

# INCLUDE P16f84.INC

timedelay equ 10

delay macro timedelay

n decfsz 10,1

goto n

endm

end

6. Розрахунок системних параметрів

Обрана структура системи зв'язку дозволяє перейти до вибору відповідної математичної моделі, яка описує механізм її функціонування.

Будемо вважати, що в нашій системі потік викликів є випадковою величиною. У цьому випадку кількісні характеристики потоку і якісні характеристики всієї системи зв'язку за аналізований відрізок часу не можуть бути визначені точно і вказуються з відповідними ймовірностями. Тому для них найкращим наближенням з точки зору математичного опису є модель масового обслуговування.

Ми будемо вважати, що вхідний потік є пуассоновским (потік, що володіє стаціонарністю, ординарність і відсутністю післядії, називається пуассоновским), так як така модель досить часто відображає реальну картину.

Стационарность означає, що для будь-якої групи з кінцевого числа непересічних проміжків часу ймовірність надходження певного числа подій протягом кожного з них залежить від числа цих подій і від тривалості проміжків часу, але не змінюється від зсуву всіх часових відрізків на одну і ту ж величину.

Відсутність післядії означає, що ймовірність надходження k подій протягом проміжку часу від T до T + t не залежить від того, скільки разів і як з'являлися події раніше. Якщо за як завгодно малий проміжок ймовірність одночасної появи двох або кількох подій нескінченно мала, то процес, що володіє такою властивістю, називається ординарним.

Для такого потоку ймовірність появи n викликів за час t визначається за формулою (6.1);

, (6.1)

де N - число абонентів у системі (в нашому випадку 15).

l 1 - інтенсивність потоку викликів, що надходять в моноканал з одного абонентського пристрою за одну годину;

t - часовий інтервал протягом якого можлива конфліктна ситуація (визначається тривалістю стартового біта, затягуванням фронту і часом обробки стартового біта), виражений в годинах;

Будемо розглядати нашу систему на тимчасовому інтервалі в одну годину і вважаємо, що з кожного абонентського пристрою надходить в середньому 10 викликів за годину. Тоді ймовірність того, що в каналі зв'язку за час t виникне конфліктна ситуація можна визначити за наступним висловом.

, (6.2)

За відсутності контролю сигналів ймовірність збою можна обчислити за наступним висловом.

(6.3)

У вищенаведеній формулі t - час передавання повідомлення, виражене в годиннику. Імовірнісні характеристики наведено на рис. 6.1, 6.2.

Рис. 6.1 Ймовірність збою при контролі несучої

Рис. 6.2 Ймовірність збою при відсутності контролю несучої

Таким чином на підставі проведених розрахунків ймовірність збою при відсутності контролю сигналів у лінії вище ніж при нагоді перевірки сигналів у лінії мікро контролером. Тому в проектованої системи буде здійснюватися контроль сигналів у лінії і цю функцію виконуватиме мікроконтроллер.

7. Розробка конструкції друкованої плати

Під конструктивним розрахунком друкованої плати розуміється розрахунок геометричних розмірів плати, компонування радіодеталей на платі, вибір матеріалу плати та ін

У даному дипломному проекті необхідно зробити розрахунок плати абонентського пристрою. На початку зробимо розрахунок передбачуваної площі та геометричних розмірів, потім виберемо матеріал друкованої плати, і зробимо розведення. Для розрахунку площі плати необхідно підрахувати кількість компонентів кожного класу, визначити геометричні розміри цієї плати.

По розміщенню проводить малюнка друковані плати діляться на односторонні, двосторонні та багатошарові.

Одностороння друкована плата проста по конструкції і нескладна у виготовленні, і ідеально підходить для абонентського пристрою.

В якості основного матеріалу для друкованих плат використовується фольговані і нефольгірованние листові діелектрики. Вихідними для виготовлення фольгованих діелектриків можуть бути папір або склотканина, просочені синтетичними смолами або полімерні плівки з лавсану, фторопласту. На поверхню цих матеріалів приклеюється металева фольга.

Як матеріал для друкованої плати виберемо склотекстоліт фольгований СТФ - 2 з наступними параметрами: товщина фольги 35 мкм, товщина матеріалу з фольгою 2 мм, міцність зчеплення 450 гс / 3 мм.

Розміщення елементів конструкції друкованої плати регламентується умовної координатної сіткою з двох взаємно перпендикулярних систем паралельних ліній, розташованих на однаковій (2.5 мм або 1.25 мм) відстані один від одного. Центри монтажних отворів і контактних площадок під висновки навісних радіоелементів розташовують у вузлах координатної сітки.

Розрахунок розмірів друкованої плати зробимо за формулою:

Sе = k * (S1 + S2) (7.1)

де Sе-сумарна площа елементів;

S1-площа малих елементів;

S2-площа великих елементів; k - коефіцієнт щільності.

Для визначення сумарної площі визначимо кількість елементів.

Таблиця 7.1

S1 = 18 '0,4 +18' 0,3 +8 '0,4 +8' 0,6 = 28,6 см ²

S2 = 5,5 +8 '0,6 +3' 1,5 = 14,8 см ²

К = 12, (Монтаж односторонній при середній щільності)

Sе = 4 '(28,6 +14,8) = 173,6 см ²

Друкована плата розлучена вручну, елементи розміщувалися на площі 85:120 мм. Перед розведенням проведена компонування окремих вузлів з метою забезпечення електромагнітної сумісності. Слабосігнальние ланцюга розташовуються віддалено від ланцюгів харчування і каскадів, які можуть впливати на них. При розведенні мінімізувалася довжина провідників.

У результаті конструктивного розрахунку отримали, що абонентський пристрій буде розташовуватися на односторонній стеклотекстолітовой фольгированной платі розмірами 85х120 мм.

Вид друкованої плати з боку деталей зображений на кресленні "Конструкція друкованої плати".

8. Моделювання роботи складових частин системи

Метою даного розділу є перевірка правильності електричного розрахунку вузлів проектованої системи, оцінка роботи системи в цілому.

У проектованої системі моделюється підсилювач, охоплений ланцюгом АРУ звуку і робота системи в цілому. Для моделювання застосовується програмний пакет «Electronics Worcbench 5.0». Розглянемо допущення, які проводилися при складанні моделі.

При моделюванні підсилювача з АРП використовуються зарубіжні аналоги елементів, вибраних при електричному розрахунку аналогової частини проектованої системи. Підсилювальний каскад на инвертор DD 2.1 замінюється ідеальним підсилювачем з коефіцієнтом посилення До, рівним 10. Навантаженням підсилювача служить опір величиною 20 кОм, яке імітує вхідний опір наступного каскаду. Джерело живлення 5 В, підключений до підсилювача, еквівалентний високого рівня сигналу, виставленого на лінію RB 0 мікроконтролера. Таким чином здійснюється моделювання підсилювача, охопленого ланцюгом АРУ, при роботі абонентського пристрою, що працює в режимі передачі мовних сигналів. Електрична принципова схема моделі каскаду показана на рис. 8.1.

Тепер розглянемо модель роботи системи за наявності зв'язку між двома абонентами (див. рис. 8.2).

Електрична схема абонентського пристрою, що передає мовні повідомлення, представлена ​​вихідним каскадом на транзисторі VT 2 і підключеним до нього генератору ШІМ - сигналів (мається на бібліотеці джерел Electronics Workbench 5.0).

Лінія зв'язку імітується Т - подібним чотириполюсником (R 73, R 75, C 42), яка є еквівалентом фізичної лінії довжиною 500 м. Динамічна головка імітується однозвенная фільтром низьких частот (R 81, C 45).

Зробимо аналіз отриманих результатів.

На рис. 8.3 показаний сигнал знятий з виходу передавального абонентського пристрою (на рис. 8.2 см. точку 1). На осцилограмі чітко видно невеликі негативні викиди, обумовлені неідеальність характеристик транзистора вихідного підсилювача. В ідеалі цих викидів бути не повинно.

За осцилограмі сигналу, яка показана на рис. 8.4 можна судити про затягування фронтів ШІМ-сигналу, які визначаються величиною паразитної ємності лінії. Затягування фронтів становить близько 5 - 10%, що цілком припустимо і не вносить спотворень у мовний сигнал.

Осцилограми сигналів, які наведено на рис. 8.5, 8.6 показують формування фронтів ШІМ-сигналу при проходженні його через каскади приймальні гілки.

Осцилограми сигналів, які показані на рис. 8.7 - 8.9 характеризують фазові спотворення ШІМ-сигналу при проходженні через моноканал. Зі зростанням частоти мовного сигналу відбувається зменшення часу запізнювання мовного сигналу. Так на частоті 300 Гц час запізнювання становить 500 мкс, на частоті 1000 Гц - 200 мкс, на частоті 3400 Гц - 80 мкс. Крім того з збільшенням частоти мовного сигналу спостерігається «просочування» несучої. Однак при моделюванні, для виділення мовного сигналу, використовувався фільтр низьких частот першого порядку, тобто не враховувалася сприйнятливість людського вуха до високих частот.

На рис. 8.10, 8.11 показані епюри напружень, які характеризують роботу АРУ. При зміні вхідного сигналу в 10 разів, вихідний змінюється в 1,3 рази. Глибина регулювання становить 17 дБ.

9. Техніко-економічне обгрунтування проекту

9.1 Характеристика проекту

Проектована система являє собою локальну мережу, призначену для передачі мовних повідомлень по провідної лінії зв'язку. Вона включає в себе 15 абонентських пультів, блок живлення і лінію зв'язку. Проектована система побудована по топології «моноканал». Живлення подається по окремому проводу, який прокладається поруч із сигнальним. Блок живлення забезпечує роботу всіх переговорних пристроїв і харчується напругою 220 В від однофазної мережі. У процесі роботи пара абонентських пультів споживає не більше 15 мА. Абонент, підключений до системи, може зв'язатися з будь-яким іншим, тобто використовується схема «кожен з кожним».

Проектована система призначена для організації оперативного зв'язку між керівними працівниками на підприємствах і в установах найрізноманітнішого профілю.

У системі застосовується сучасна елементна база. Переговорні пристрої є цифро-аналоговими. При передачі сигналу використовується широтно-імпульсна модуляція, підвищуючи тим самим завадостійкість і відповідно якість зв'язку.

Родзинкою даної системи є застосування PIC-контролерів фірми MicroChip. Вони оптимально підходять для застосування в системах подібного класу через низький енергоспоживання, дешевизни цих приладів, простоти програмування. Застосування цих мікроконтролерів дозволяє знизити споживаний струм до рівня близько 20 мА.

У порівнянні з існуючими аналогами проектована система перевершує їх по енергоспоживанню, якості переданої мови, можливості роботи в умовах шумів і т. д.

Наприклад система диспетчерського зв'язку типу КТП-12 АМ харчується напругою 42 В і споживає при цьому струм близько 500 мА. Вартість такого типу систем становить 630 млн. руб. за центральний апарат і 10 млн. крб. за абонентський апарат, помножену на кількість таких пристроїв. Вартість проектованої системи очікується значно менше, ніж в існуючих аналогів.

9.2 Розрахунок кошторисної вартості НДДКР

Кошторис витрат на проведення науково-дослідної роботи розраховується за такими статтями:

1. матеріали та комплектуючі;

2. спецобладнання;

3. витрати на оплату праці;

4. податки та відрахування, прирівняні до матеріальних затрат;

5. витрати на відрядження;

6. амортизація на повне відновлення основних фондів;

7. інші витрати;

8. накладні витрати.

Розрахунок зручно проводити в табличній формі. При розрахунку витрат на проектування будемо вважати, що витрати на матеріали і комплектуючі становитимуть 20% від суми основою зарплати. Розрахунок зарплати будемо проводити в табличній формі (див. табл. 9.1).

Таблиця 9.1

Розрахунок основної заробітної плати науково виробничого персоналу

Таблиця 9.2 Кошторис витрат на НДДКР

9.3 Розрахунок собівартості і ціни готового виробу

Розрахунок собівартості і ціни готового виробу будемо проводити укрупнено. Спочатку визначимо витрати на матеріали і комплектуючі при виробництві.

Таблиця 9.3

Розрахунок комплектуючих при виробництві проектованого вироби