СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1.Анализ технического задания и аналогов
2. Разработка структурной схемы
3.Разработка принципиальной схемы
3.1Формирователь различных значений напряжений
3.2 Генератор тактовых импульсов
3.4 Схема согласования с персональным компьютером
3.5 Питание формирователя различных значений напряжений
3.6 Питание микроконтроллера
4. Разработка алгоритма работы микроконтроллера
Списоклитературы
Введение
В курсовом проекте проводитсяразработка устройства, предназначенного для выполнения проверки линий кабеля накороткое замыкание, обрыв, а также проверку правильности маркировки линии. Дляпроверки предлагается десяти медный кабель с общим проводом.
При разработке предполагается, чтоприбор будет состоять из основной части и ответчика, расположенного на разныхконцах кабеля.
Необходимо разработать устройство,предназначенное для выявления ошибки монтажа соединителей или кроссировки(замыкания, обрывы, перепутанные жилы). Поскольку ошибки подобного рода напрактике преобладают. Некачественная проводка — одна из наиболеераспространенных причин возникновения проблем в сети.
Когда с сетьюпроисходит что-либо неладное, готовность встретить неприятности во всеоружииимеет решающее значение для последствий и выражается в разнице междунезначительным неудобством и продолжительным простоем. Важнейшим компонентомподготовки сети к возможным неполадкам является наличие надлежащегоинструментария для предупреждения, предотвращения и решения проблем, источниккоторых находится внутри предприятия.
Тестирование линииорганизуется следующим образом. Основной блок тестера оставляем на ближнем ееконце, а ответчик переносим на дальний конец. С помощью шнуров оба блокаприсоединяем к линии
Правильный подход купреждающему тестированию с помощью такого устройства помогает свести кминимуму время простоя сети и значительно смягчает отрицательный эффект, когдапроблемы в проводке все же возникают.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГОЗАДАНИЯ И АНАЛОГОВ
В курсовом проектепредлагается разработать устройство, предназначенное для выявления замыкания,обрыва и перепутанные жил. Дан десятижильный медный кабель с автоматическойнумерацией жил.
Тестирование линииорганизуется следующим образом. Основной блок тестера оставляем на ближнем ееконце, а ответчик переносим на дальний конец. С помощью шнуров оба блокаприсоединяем к линии
Профессиональныеприборы обеспечивают мгновенную идентификацию до 10 жил кабеля. С их помощьюработа может быть легко выполнена одним человеком. Прибор состоит из двухчастей: цифрового идентификатора и выносного блока, каждый из выходов которогопронумерован и выдает свой уникальный сигнал. Сразу же после подключенияидентификатора к любым двум жилам с другой стороны на его дисплее появитсяномер одной из них. Идентификация большего числа жил выполняетсяпоследовательным подключением выносного блока попарно ко всем жилам кабеля.Такие приборы могут определять также оборванные, замкнутые и находящиеся поднапряжением жилы.
Более экономичноерешение проблемы идентификации — прозвонка жил кабеля. Используемые для этогоприборы (пробники, прозвонки) являются одними из самых популярных в своемклассе. Простейший из них может применяться для идентификации жил и проверки ихцелостности, при этом индикация низкого сопротивления цепи осуществляетсязвуковым сигналом и/или светодиодом. Наиболее полезны приборы с функцией качественнойоценки сопротивления линии по интервалам прерывистого звукового сигнала (чемвыше сопротивление, тем больше время между импульсами). Для облегчения работы утаких приборов может иметься встроенное эталонное сопротивление. Такоекачественное определение параметров на слух позволяет существенно ускоритьработу в тех случаях, когда высокая точность измерений не требуется (например,при монтаже). Часто возможность прозвонки встроена в тональные генераторы, инаоборот.
Кабельный тестер является универсальным прибором,способным тестировать как телефонные сети, так и сети передачи данных. Он предназначендля определения неисправностей физической линии и ее идентификации в здании.Результаты отображаются на большом буквенно-цифровом дисплее и на 9 вспомогательныхсветодиодных индикаторах. При определении множественных поврежденийиспользуется пошаговый метод индикации.
2.РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙСХЕМЫ УСТРОЙСТВА
Работу устройства можнопредставить следующим образом. Формирователем напряжения подаем различныенапряжения на входы тестируемого кабеля. Напряжения с выхода кабеля подаются напорты А и Е с которых они мультиплексируются на АЦП (аналогово-цифровойпреобразователь) и преобразовываются в цифровую форму. Значения напряженийзаписываются в оперативную память. В анализаторе напряжений происходитсравнение полученных напряжений с эталонными. Где также происходитидентификация короткого замыкания и обрыва. Полученный результат черезпреобразователь уровней передается на последовательный COM(RS232)– порт компьютера. .
В состав структурнойсхемы войдут следующие элементы:
— формирователь различныхзначений напряжений;
— мультиплексор;
— аналогово-цифровойпреобразователь;
— схема управлениямультиплексором, оперативной памятью и аналогово-цифровым преобразователям;
— генератор тактовыхимпульсов;
— анализатор напряжений;
— схема согласования сПК;
— COM RS 232.
/>
3. РАЗРАБОТКАПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
3.1Формирователь различных значений напряжений
Состоит из десятирезисторов одинакового наминала. Их значения возьмем на много больше значениясопротивления кабеля, т.е. 1 Ком. В этом случае падение напряжения на самомкабеле будет мало по сравнению с падением напряжения на резисторах изформирователя различных значений напряжений. Что позволит в дальнейшем врасчетах не учитывать падение напряжения на кабеле
3.2Генератор тактовых импульсов
Режимы тактовогогенератора
МикроконтроллерыPIC16F87X могут работать в одном из четырех режимов тактового генератора.Указать режим тактового генератора можно при программировании микроконтроллерав битах конфигурации (FOSC1:FOSC0):
• LP — низкочастотныйрезонатор;
• XT — обычный резонатор;
• HS — высокочастотныйрезонатор;
• RC — внешняя RCцепочка.
12.2.2Кварцевый/керамический резонатор
В режимах тактовогогенератора XT, LP и HS кварцевый или керамический резонатор подключается квыводам OSC1/CLKIN, OSC2/CLKOUT (см. рисунок 3.1).
/>
Рисунок3.1 – Подключениекварцевого/керамического резонатора в HS, XT и LP режиме тактового генератора
тестер кабельзамыкание импульс тактовый
Для микроконтроллеровPIC16F87X нужно использовать резонаторы с параллельным резонансом.Использование резонаторов с последовательным резонансом может привести кполучению тактовой частоты, не соответствующей параметрам резонатора. В режимахXT, LP и HS микроконтроллер может работать от внешнего источника тактовогосигнала OSC1 (см. рисунок 3.2).
/>
Рисунок 3.2 – Подключение внешнего тактовогосигнала в HS, XT и LP режиме тактового генератора
Для работыаналогово-цифрового преобразователя достаточно частоты f=3.6864 MHz.Следовательно конденсаторы С2 и С3 возьмем номиналом 22pF.
3.3Аналогово-цифоровой преобразователь
Модульаналого-цифрового преобразования имеет пять каналов у 28-выводных микросхем ивосемь каналов у 40/44-выводных микросхем. Входной аналоговый сигнал черезкоммутатор каналов заряжает внутренний конденсатор АЦП CHOLD. Модуль АЦП преобразуетнапряжение, удерживаемое на конденсаторе CHOLD в соответствующий 10-разрядныйцифровой код методом последовательного приближения. Источник верхнего и нижнегоопорного напряжения может быть программно выбран с выводов VDD, VSS, RA2 илиRA3
/>
Рисунок3.3 – Структурная схемамодуля АЦП
3.4Схема согласования с персональным компьютером
В качествепреобразователя логических уровней передаваемых сигналов, будем использовать микросхемуMAX232. Стандартная схема включениямикросхемы представлена на рисунке 1.
К основнымхарактеристикам микросхемы относится:
· гарантированнаяскорость передачи данных 120kbps;
· использованиеодного источника питания напряжением 5В.
Параметры конденсаторовC1, …, С5 выбираются равными 1мкФ. Конденсаторы необходимо использоватькерамические.
/>
Рисунок 3.4 –Стандартная схемавключения микросхемы MAX232.
Работамикросхемы заключается в следующем. Микросхема состоит из двух DC/DCпреобразователей напряжения. Первый преобразует напряжение +5В в напряжение+10В, а второй преобразователь инвертирует напряжение +10В, получая тем самымнапряжение –10В. Это даёт возможность использовать только один источник питаниянапряжением +5В. Другая часть микросхемы, используя полученные напряжения,преобразует логические уровни ТТЛ в логические уровни RS232, и наоборотлогические уровни RS232 в логические уровни ТТЛ.
3.5Питание формирователя различных значений напряжений
Питание формирователяразличных значений напряжений осуществляется с помощью батарейки Крона, котораяподает напряжение +9V на входстабилизатора. Стабилизатор стабилизирует напряжение в случае резкого измененияамплитуды подаваемого напряжения. Конденсатор С1 предназначен для сглаживанияпульсаций.
3.6Питание микроконтроллера
+ />
Uвых />
Рисунок 3.5 –. Питание передатчика.
Uвх=9В
Uвых=5В
По справочным данным, микросхемы,используемые в устройстве потребляют такие токи:
К564ЛЕ5: Iпот=5мкА;
К155ИЕ5: Iпот=53мА;
К155ИД3: Iпот=56мА;
590КН5: Iпот=0.05мА.
Iпот=2∙5∙10-6+2∙53∙10-3+2∙56∙10-3+8∙5∙10-5=218412∙10-5А=218.41мА
Iпот=218,41мА
Рпот=Uвых∙Iпот
Рпот=5∙21841∙10-5=109205∙10-5=1.1Вт
Стабилизатор долженобеспечивать ток в 140мА, но при этом необходимо учесть запас.
Исходя из потребляемоймощности, выбираем транзистор. По справочным данным возьмем КТ815А. Рассчитаемток базы:
iб≈iэ/h21э
где iэ=iк=Iпот=218,41мА
h21э=40…70, берем значение 50
iб≈0.22/50=4.4мА.
Для того чтобы рассчитатьзначение Rб подберем тип стабилитрона и диода.Ток, протекающий через Rббудет равен сумме тока базы транзистора и тока, проходящего через диод истабилитрон. Rб=Uвх/Iб. Таккак падение напряжения на выходе будет приблизительно равно падению напряженияна стабилитроне и диоде, то:
Стабилитрон КС156А
I=10мА
Uст=5.6В
Диод КД521
I=10мА
Uпр=0.3В
Rб=9/10∙10-3=900Ом
По справочным даннымберем Rб=910Ом±1% (С2-33Н).
Конденсатор служит длясглаживания пульсации. С=220мкФ (К50-6, номинальное напряжение 16В)
Резисторы R10…R18, R22…R25 являются ограничивающими. Онипредназначены для сбережения от сгорания ножек микроконтроллера и COM порта. Выберем такие номиналы:
R10…R18 по 1 КОм
R22…R25 по 100 Ом
Резисторы R19, R20 являются нагрузочными и будут иметь номинал по 10 КОм.
4. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМАРАБОТЫ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА
После инициализациианалогово-цифрового преобразователя заносим в память эталонные значенийминимальных и максимальных напряжений выхода U0,8 min и U0,8 max. Для того, что бы в дальнейшем с ними сравниватьполученные значения напряжений на разных жилах кабеля.
Следующий шаг – это инициализацияпортов А, В, С, Е.
Затем происходит выборканала аналогово-цифрового преобразователя, т.е. номер жилы, после чего идетоцифровка полученного значения напряжения. Она продолжается до ее успешногозавершения. После этого оцифрованное значение заносится в ячейку памяти Vz. Эту процедура повторяется 9 раз,что соответствует количеству тестируемых жил.
Производится сортировказначений напряжений Vz.по убыванию.
Далее сравниваютсяполученные значения с ячейки памяти Vz с занесенными ранее в память эталонными значениями. Если Vz лежит в промежутке между Uк min и Uк max то данная жилаимеет номер k, и является не поврежденной. Если Vz не лежит в данном промежутке но равен нулю, то в данной жилепроизошел обрыв. Если же не лежит в промежутке и не равен нулю – то произошлокороткое замыкание. Т.о. выполняется сравнивание всех девяти жил.
Диаграмма напряжений в случае нормальной работы
/>
/>/> /> /> /> /> /> /> />
Занесение в память эталонных значений U0,8 min
U0,8 max />
/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Нет />
Да
Да
Нет />
Да
Нет />/>
ВЫВОД
В ходе создания курсовогопроекта была разработана схема устройства, предлагаемого для тестирования десятижильногомедного кабеля с общим проводом. Условиями тестирования являлась проверкакабеля на короткое замыкание, обрыв, а также правильности маркировки проводов висследуемом кабеле. Для визуального отображения результатов проверкииспользуются персональный компьютер.
Так же были рассчитаныпараметры всех компонентов схемы
Данное устройствопредлагается использовать в телефонных линиях связи, при появлении нарушений вработе системы связи.
Анализируя полученноезадание, сделан вывод, что оптимальным будет использование таких компонентов:
- микроконтроллер PIC16F877
- схемусогласования с персональным компьютером MAX232A