Задание на дипломное проектирование icon

Задание на дипломное проектирование



НазваниеЗадание на дипломное проектирование
страница1/10
Дата конвертации10.02.2013
Размер0.6 Mb.
ТипРеферат
скачать >>>
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10



Задание на дипломное проектирование




Аннотация


В дипломном проекте разработано устройство для удалённого контроля и управления бытовым оборудованием через сеть GSM. В ходе проекта были рассмотрены существующие аналогичные устройства, составлены функциональные требования, разработана структурная схема. Для передачи сообщений пользователю и приёма управляющих команд было решено использовать SMS-сообщения. Для реализации требуемой функциональности были использованы GSM-модуль и внешний микроконтроллер. Были разработаны программа для микроконтроллера, структурная и принципиальная схема устройства, а также топология печатной платы. Кроме того был собран макет устройства, на котором была проверена работоспособность разработанного устройства и соответствие функциональным требованиям.

Содержание


1 Введение 7

1.1 Актуальность 7

2 Обзорно-аналитическая часть 8

2.1 Анализ требований 8

2.1.1 Взаимодействие с пользователем 9

2.2 Обзор аналогичных устройств 14

2.2.1 Система TAVR GSM 14

2.2.2 Система КСИТАЛ 15

2.2.3 Система ADL-GPRS, компании «Дачные спасатели» 16

3 Разработка 18

3.1 Определение способа реализации протокола GSM 18

3.2 Выбор схем входов и выходов 21

3.3 Выбор типа контроллера 22

3.4 Выбор способов питания устройства 23

3.5 Использование средств разработки и отладки в процессе разработки 25

3.5.1 Отладочная плата MikroElektronika SmartGSM-GPRS Board 25

3.5.2 Отладочная плата MikroElektronika UNI-DS3 25

3.5.3 Использование плат в процессе разработки 26

3.5.4 Использование эмулятора Proteus 28

3.6 Выбор структуры программы 30

3.6.1 Обработка исключений 33

3.6.2 Декомпозиция программы 34

3.6.3 Обеспечение переносимости между отладочным стендом и готовым устройством 35

3.7 Работа с GSM-модулем 37

3.7.1 Низкоуровневая связь с GSM-модулем 37

3.7.2 AT-команды 38

3.7.3 Формирование AT-команд и анализ ответов 40

3.7.4 Инициализация GSM-модуля 41

3.7.5 Посылка SMS 42

3.8 Взаимодействие с пользователем 43

3.8.1 Светодиодные индикаторы 43

3.9 Защита от зависаний программы и GSM-модуля 45

3.9.1 Экономия заряда элементов питания 45

3.10 Разработка принципиальной схемы и трассировки печатной платы 47

3.10.1 Выбор элементной базы 47

3.10.2 Расчет номиналов схем входов и выходов 48

3.10.3 Выбор конструкции печатной платы 48

4 Экспериментальная часть 49

4.1 Функциональное тестирование макетного образца устройства 49

5 Охрана труда 50

5.
1 Исследование возможных опасных и вредных факторов 50

5.2 Методы и средства защиты пользователей от воздействия на них опасных и вредных факторов. 57

6 Заключение 60

6.1 Перспективы развития 60

6.2 Выводы 61

7 Список литературы 62



1Введение


Целью дипломного проекта является разработка устройства, позволяющего контролировать и управлять бытовым оборудованием через сеть GSM.

1.1Актуальность


В настоящее время сети сотовой связи GSM получили большое распространение, причём не только в городах, но и за городом. В связи с этим появилась возможность сообщать пользователю в его отсутствие о различных событиях в доме через сети GSM. Из подобных устройств на рынке представлены, в основном, охранные сигнализации.

При этом помимо необходимости охраны существует ещё необходимость отслеживать состояние бытового оборудования, прежде всего системы отопления, поскольку на значительной части территории России оставлять зимой жилой доме без работающего отопления нельзя. При этом на рынке нет систем, предназначенных только для контроля работы системы отопления. Некоторые охранные сигнализации позволяют это делать, однако их цена значительно выше, чем у специализированного устройства. Поэтому разработка устройства для удалённого контроля бытового оборудования актуальна.
^

2Обзорно-аналитическая часть

2.1Анализ требований


Основным применением разрабатываемого устройства является контроль работы системы отопления частного дома, поскольку отключение системы отопления зимой даже в течение нескольких дней, как правило, приводит к серьёзным повреждениям, в первую очередь системы водоснабжения, нередко самой системы отопления и различной бытовой техники, не рассчитанная на работу при низких температурах.

Система отопления может состоять из какого-либо котла, электрического насоса, труб с теплоносителем (водой или каким-либо другим) и радиаторов, либо только лишь из нагревательных приборов, непосредственно нагревающих воздух. При этом может потребоваться возможность контролировать наличие электропитания, температуру теплоносителя, нагревателя и воздуха в помещениях, давление теплоносителя и т.д.

Однако, поскольку в случае всех вышеназванных параметров, требуется лишь контролировать их нахождение в требуемом диапазоне значений, то в качестве датчика вполне можно использовать контактные датчики. Выходным сигналом таких датчиков являются замкнутые или разомкнутые контакты. Преимуществом использования таких датчиков является более низкая цена и универсальность – несложно обеспечить совместимость устройства с практически всеми выпускаемыми контактными датчиками, и даже с не предназначенными для такого использования термостатами (термореле), реле давления и т.д. В результате возможности его использования не ограничиваются лишь контролем системы отопления.

За счёт того, что несколько контактных датчиков можно легко подключить к одному входу, для подключения любого количества датчиков требуется всего два входа – один для нормально-замкнутых, а другой для нормально-разомкнутых датчиков. Однако, для того, чтобы сообщить пользователю точную причину срабатывания датчика желательно, чтобы каждый датчик был подключен к своему входу, то есть число входов соответствовало числу датчиков. В итоге было решено в разрабатываемом устройстве использовать 5 входов.

Поскольку в большинстве случаев возврат контролируемого параметра в допустимый диапазон, и соответственно переключение контактного датчика обратно, обозначает ликвидацию проблемы, то целесообразно сообщить об этом пользователю. При использовании и нормально-замкнутых и нормально- разомкнутых датчиков, действия устройства совершенно одинаковы, что позволяет не разделять входы по типам датчиков. По тем же причинам при кратковременном переключении датчика туда и обратно часто вообще не нужно сообщать пользователю об этом. Однако для некоторых видов датчиков – в основном охранных и пожарных – всё же требуется сообщать даже о кратковременных срабатываниях. Исходя из этого, для одного из входов было решено сообщать даже о кратковременных срабатываниях, а для остальных входов – только о срабатываниях длительностью не менее 20 секунд.

Другим возможным применением устройства может быть удалённое включение каких-либо нагрузок, в первую очередь - отопления, в случае если дом постоянно не отапливается. Как правило, в случае удалённого управления для отопления используются электрические нагреватели, поэтому достаточно лишь подать напряжение на нагреватель для того чтобы он включился. Соответственно, выходом устройства должен быть ключ, способный коммутировать напряжение сети 220 В. Поскольку для коммутации нагрузки большой мощности обычно используется внешний контактор, управляемый переменным напряжением 220 В, то встроенному в устройство ключу не требуется коммутировать значительный ток.

Число таких нагрузок, которые может потребоваться включать, в большинстве случаев – одна или две (например, системы отопления разной мощности или в разных местах). Кроме того, в некоторых случаях может потребоваться включение ещё какой-либо нагрузки в случае каких-либо отказов, поэтому было решено сделать возможность включения и выключения 3 нагрузок.

Питание устройства контроля в случае, если для работы контролируемого оборудования требуется электропитание, его можно получать тоже от сети. В случае пропадания электропитания требуется послать сообщение об этом пользователю, поэтому требуется резервное питание от автономного источника (либо одноразовых элементов питания, либо аккумуляторов) как минимум на время, необходимое для передачи этого сообщения. Однако, поскольку возможное применение разрабатываемого устройства не ограничивается контролем энергозависимого оборудования, то целесообразно сделать возможность работы от автономного источника питания длительное время и возможность его замены. При этом, управляющие выходы можно отключить для экономии заряда батарей, поскольку они могут использоваться только для управления электроприборами.
^

2.1.1Взаимодействие с пользователем


Взаимодействие с пользователем возможно либо с помощью его мобильного телефона, либо с помощью компьютера через Интернет. Использование связи с помощью компьютера позволяет передавать большее количество информации, чем в случае использования мобильного телефона, а также может не отвлекать пользователя, что позволяет передавать информацию, которая может пригодиться только в редких случаях. Однако поскольку связь между двумя пользовательскими устройствами через Интернет часто невозможна из-за динамических IP-адресов, NAT и фаерволов, то требуется участие сервера. При этом могут использоваться обычные сервисы (например e-mail), но этот способ требует значительного количества ресурсов для реализации (скорее всего вообще микроконтроллера другого класса) и кроме того во многих случаях неудобен для пользователя. Другой вариант – использование своего сайта, который принимает данные от устройства и выдаёт их в удобном пользователю виде. В этом случае требуется сайт, причём, скорее всего расположенного на платном хостинге, поскольку функциональности бесплатных не хватает для полноценной обработки данных.

Преимуществом использования мобильного телефона является оперативность получения пользователем информации, и большая их распространённость. Поскольку в данном применении сложность с передачей большого количества информации не имеет большого значения, было решено использовать взаимодействие с пользователем с помощью его мобильного телефона.

Поскольку может потребоваться получать сообщения о событиях нескольким людям, то требуется иметь возможность рассылать сообщения не на один, а на несколько номеров телефонов.

В целях безопасности возможность изменения настроек и управления нагрузками должна быть доступна только для пользователя (или нескольких пользователей), а команды от других людей не должны обрабатываться. Это можно легко реализовать, проверяя номер телефона, с которого поступила команда. Если он совпадает с одним из номеров телефонов пользователей, то значит, команда поступила от пользователя. При этом в бытовых применениях не требуются какие-либо ограничения на приём сообщений и изменение настроек, то есть списки рассылки сообщений и разрешения управления устройством совпадают.



Рис. 1 Схема взаимодействия устройства с пользователем.

Основными задачами взаимодействия устройства с пользователем являются:

  • Передача сообщения о событиях

  • Первоначальное задание номера телефона пользователя

  • Изменение настроек

  • Подтверждение изменения настроек

При этом GSM предоставляет следующие основные услуги связи:

  1. Передача речевой информации. Кроме того, вместо речевой информации могут передаваться и любые другие данные, однако это требует поддержки со стороны принимающего устройства. Эта возможность ранее использовалась для доступа в Интернет.

  2. Передача факсимильных сообщений.

  3. Передача текстовых сообщений (SMS). Размер сообщения ограничен 160 символами при использовании 7-битной кодировки (она позволяет использовать латинский алфавит и цифры), 140 символами при 8-битной кодировке и 70 символами при 16-битной кодировке, которая требуется для русского языка.

  4. Доступ в Интернет с мобильного телефона (WAP).

  5. Доступ в Интернет с компьютера (протоколы GPRS, EDGE).

  6. Передача мультимедийных сообщений (MMS).

Передачу сообщений о событиях можно производить голосовым вызовом (телефонным звонком) пользователю либо посылкой SMS или MMS. Звонок пользователю позволяет ему узнать о произошедшем событии максимально быстро, что важно для охранных и пожарных сигнализаций. Но при этом голосовой вызов больше других способов отвлекает пользователя, поэтому его не стоит использовать в случаях, когда немедленное вмешательство пользователя не требуется. Посылка SMS позволяет тоже достаточно быстро оповестить пользователя, при этом SMS не сильно отвлекает его. Кроме того для реализации посылки SMS требуется меньше всего ресурсов. Посылка MMS имеет те же особенности, что и SMS, но позволяет передать больше информации, что в данном случае не требуется. Серьёзным недостатком MMS является то, что значительная часть мобильных телефонов нижнего ценового диапазона не поддерживает его.

Исходя из этого, в качестве способа передачи пользователю сообщений о событиях выбрана посылка SMS. Текст сообщения при этом будет вида «Вход <номер входа> {вкл | откл}». При этом если одновременно изменилось состояние нескольких входов, то их сообщения было решено объединить в одно: «Вход <номер входа> {вкл | откл},<номер входа> {вкл | откл},…».

Первоначальное задание номера телефона пользователя и основных настроек может производиться либо звонком пользователя на номер телефона устройства, либо посылкой SMS пользователем. Совершение звонка более удобно пользователю, чем посылка SMS, поэтому в случае, если не требуется получение каких-либо обязательных настроек предпочтительнее использовать звонок на номер телефона устройства. При этом обязательно требуется подтверждение подлинности пользователя. Проще всего это реализуется нажатием механической кнопке на устройстве. Кроме того, возможно задание номера телефона пользователя через телефонный справочник SIM-карты, однако этот способ сложен для значительной части пользователей и не имеет значительных преимуществ перед первыми двумя. Соответственно для задания номера телефона был выбран способ звонка с подтверждением механической кнопкой. После записи номера телефона при этом было решено отправлять пользователю подтверждение: «Ваш номер записан в список номеров телефонов пользователей».

Изменение настроек может производиться либо кнопками на самом устройстве, либо удалённо через GSM. Для настройки с помощью кнопок требуется наличие экрана и достаточного количества механических кнопок на устройстве, что сильно его удорожает. Другим способом может быть изменение настроек через редактирование записей на SIM-карте, однако данным метод является весьма сложным и неудобным для пользователя. Удалённая настройка может производиться с помощью SMS. Этот метод требует некоторой подготовки пользователя, а также плохо подходит для изменения значительного количества настроек. Однако поскольку в разрабатываемом устройстве не требуется сложная настройка перед использованием, то метод изменения настроек с помощью SMS является наиболее подходящим. Кроме того это позволяет практически без использования дополнительных ресурсов микроконтроллера удалённо включать и выключать какие-либо нагрузки.

Подтверждения команд, то есть сообщения, которые устройство посылает пользователю в ответ на принятые команды, целесообразно производить тем же способом, что команды. Поскольку для команд используются SMS, то было решено, что для передачи подтверждений будет использоваться посылка SMS-сообщений.

Было решено реализовать следующие команды:

  • «0» или «Состояние» – запрос состояния входов

  • «<номер выхода>» – переключение состояния выходного реле

  • «<номер выхода> вкл» – включение выходного реле

  • «<номер выхода> откл» – выключение выходного реле

  • «Реле» – запрос состояния выходных реле

  • «Удалить меня» – удаление номера телефона из списка

  • «Удалить <номер телефона в списке>» – удаление заданного номера телефона из списка
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10




Похожие:

Задание на дипломное проектирование iconПредварительное задание на дипломное проектирование
Разработка инструмента для извлечения мнений из русскоязычных текстовых документов
Задание на дипломное проектирование iconПредварительное задание на дипломное проектирование
Разработка инструмента для извлечения мнений из русскоязычных текстовых документов
Задание на дипломное проектирование iconАннотация Данный отчёт содержит обоснование выбранной темы на дипломное проектирование, техническое задание и анализ технического задания. Содержание Введение
Процесс проектирования интегральных микросхем (имс) является трудоемким, поэтому в настоящее время проектирование имс ведется с помощью...
Задание на дипломное проектирование iconЗадание на дипломное проектирование
Задание оформляется в двух экземплярах и сдается студентом на выпускающую кафедру для утверждения. После утверждения один экземпляр...
Задание на дипломное проектирование iconТехническое задание на дипломное проектирование реализовано полностью
В практической части диплома студент С. В. Кривенко настраивал беспроводной маршрутизатор для работы в сети кафедры икт. Студентом...
Задание на дипломное проектирование iconПроектирование § Задание на проектирование
При подготовке задания на проектирование должна быть также выбрана площадка для строительства в том районе или пункте, которые установлены...
Задание на дипломное проектирование iconДокументи
1. /Письмо на дипломное проектирование.rtf
Задание на дипломное проектирование iconОтчет о работе
Учебная работа: виды выполняемой учебной нагрузки (лекции, практические занятия, семинары, лабораторные работы, дипломное проектирование,...
Задание на дипломное проектирование iconТребования к клаузуре на заявленную тему исследования по магистерской программе «Теория градостроительства и районной планировки»
Клаузура выполняется в соответствии с заданием на проектирование, выданным экзаменационной комиссией. Комиссия может внести изменения...
Задание на дипломное проектирование iconТребования к клаузуре на заявленную тему исследования по магистерской программе «Архитектура жилых и общественных зданий»
Клаузура выполняется в соответствии с заданием на проектирование, выданным экзаменационной комиссией. Комиссия может внести изменения...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы