Pornind de la Shema bloc funcțională a unui sitem de comunicație (Figura 1), Figura 1. Shema bloc funcțională a unui sitem de comunicație Sursa de… [303474]

DESCRIEREA SISTEMULUI

Pornind de la Shema bloc funcțională a unui sitem de comunicație (Figura 1),

Figura 1. Shema bloc funcțională a unui sitem de comunicație

Sursa de informație (expeditor) in acest caz, o reprezintă canalele Tx1 si Tx2, ale microcontrolerului.

Emițătorul

2. [anonimizat] [MICROCHIP]

[anonimizat]:

3 plăci de dezvoltare PICDEM PIC18 Explorer cu microcontroler PIC18F8722.

PicKit 3 programator/debugger

LCD Display 16×2 pentru afișarea mesajelor.

Fotodiode KPS-5130, pentru identificarea masinilor speciale (poliție,ambulanța,pompieri).

Fototranzistori pentru recepția semnalelor.

Fotorezitori pentru detectarea lumini.

LED-uri pentru transmisia semnalelor si pentru simularea diverselor funcții ale mașinilor.

Pentru crearea circuitelor de amplificare a semnalelor recepționate de la fototranzitorii si fotodiode s-au folosit următoatele componente: tranzitori,potențiometre,amplificatoare,rezistențe.

Diverse alte componente de legătura.

[anonimizat].

Machete mșinii scara 1/18.

[anonimizat].

2.1 [anonimizat]18 Explorer cu microcontroler PIC18F8722.

Acronimul PIC18 reprezintă familia de procesoare pe 8 biți produse de firma Microchip.

2.1.1 Placa demostrativă PICDEM PIC18 Explorer

Figura 2-1. Placă de dezvoltare PICDEM PIC18 Explorer

Placa demonstrativă PICDEM PIC18 prezentată in figura 2.1 este prevăzută cu procesoare din familiile PIC18F8722 și PIC18F87J11. Placa poate fi utilizată ca o [anonimizat]2 și un calculator gazdă.

Placa PICDEM PIC18 conține următoarele componente:

1. Microcontrolerul PIC18F8722 – [anonimizat]

2. [anonimizat]. [anonimizat]

3. Conector pentru circuitul de depanare ICD

4. Conector cu 6 pini PICkit 2

5. Potențiometru de 10kΩ pentru intrări analogice

6. Comutator pentru reinițializare externă

7. Conector USB pentru comunicația RS232

8. Microcontroler PIC18LF2450 pentru conversia comunicației RS232 la un protocol USB

(comunicația cu un calculator gazdă)

9. Oscilator cu frecvența de 12 MHz pentru microcontrolerul PIC18LF2450

10. Soclu DB9, RS232 [anonimizat] o interfață RS232

11. Pinul de fixare J13 pentru realizarea comunicației RS232 [anonimizat]232

12. Pinul de fixare J4 pentru selectarea modului de programare a [anonimizat], fie prin comunicație RS232

13. Comutatorul S4 [anonimizat] (PIC18F8722) și microcontrolerul montat pe soclu (PIC18F87J11)

14. LED utilizat pentru a indica alimentarea plăcii

15. JP1 pentru deconectarea celor 8 LED-uri

16. 8 LED-uri

17. Oscilator cu frecvența de 32.768 kHz pentru Timerul 1

18. Două comutatoare pentru intrări externe

19. Senzor de temperatură analogic MP9701A

20. Memorie EEPROM 25LC256 SPI

21. JP2 pentru activarea/dezactivarea memoriei EEPROM

22. JP3 pentru activarea/dezactivarea LCD-ului

23. Oscilator de 10 MHz pentru microcontrolerul principal

24. Soclu de conectare pentru placa PICtail

25. Extensor I/O SPI pentru LCD, MCP23S17

26. Zonă utilizată pentru montaje

27. Ecran LCD

28. J2 – mufă cu 3 pini pentru selectarea tensiunii (3.3V sau 5V)

29. J14 – mufă cu 4 pini pentru utilizarea unui PIM, dacă este necesar.

2.1.2 Microcontrolerul PIC18F8722

Figura 2-2. Capsula PIC18F8722

Microcontrolerul PIC18F8722 are 80 de pini și prezintă următoarele caracteristici:

– Frecvența de operare – 40Mhz

– Memoria program – 128KB

– Memoria de date – 3936 octeți

– Memoria de date EEPROM – 1024 octeți

– Surse de întrerupere – 28

– Porturi de I/O – A, B, C, D, E, F,G, H, J

– Timere – 5 timere/numărătoare

– Module Captură/Comparare/PWM – 2

– Module Captură/Comparare/PWM îmbunătățite – 2

– Module USART îmbunătățite – 2

– Comunicații seriale – MSSP (port serial sincron de tip master), USART îmbunătățit

– Comunicații paralele

– Convertor analog numeric pe 10 biți

– Reinițializare (și întârzieri) – POR, BOR, instrucțiunea RESET, MCLR, WDT

– Set de instrucțiuni – 75 de instrucțiuni

Structura internă a microcontrolerului PIC18F8722 este prezentată în continuare:

Figura 2-3. Structura internă a microcontrolerului PIC18F8722

2.1.3 Configurațiile oscilatorului

Dispozitivele din familia PIC18F pot opera în zece moduri diferite în ceea ce privește configurația oscilatorului, astfel:

1. LP (Cristal de putere mică)

2. XT (Cristal/Rezonator)

3. HS (Cristal/Rezonator de viteză mare)

4. HSPLL (Cristal/Rezonator de viteză mare cu factor PLL activat)

5. RC (Rezistență/Condensator cu ieșirea Fosc/4 la pinul RA6)

6. RCIO (Rezistență/Condensator externă/extern cu I/O pe RA6 )

7. INTIO1 (Oscilator intern cu ieșirea Fosc/4 la pinul RA6 și I/O la pinul RA7)

8. INTIO2 (Oscilator intern cu I/O la RA6 și RA7)

9. EC (Ceas extern cu ieșire Fosc/4)

10. ECIO (Ceas extern cu I/O la pinul RA6)

În modurile XT, LP, HS și HSPLL, la pinii OSC1 si OSC2 ai microcontrolerului este conectat un cristal sau un rezonator ceramic. Modul HSPLL poate crește frecvența unui oscilator HS până la 40 MHz prin multipcarea cu 4 a frecvenței de 10 MHz.

Modurile EC și ECIO necesită o sursă de ceas externă conectată la pinul OSC1. În modul EC

frecvența oscilatorului va fi împărțită la 4, fiind disponibilă la pinul OSC2 pentru sincronizarea altor circuite logice.

Modul ECIO este asemănător modului EC, dar în acest caz pinul OSC2 devine un pin de intrare/ieșire suplimentar, de uz general.

Figura 2-4. Arhitectura și organizarea cesurilor

Astfel din cele prezentate mai sus rezultă următoarea concluzie, o placă de dezvoltare conține un microcontroler, ce are încorporat memorie Flash, RAM si EEPROM pentu a putea stoca datele necesare funcționării, dar și convertoare analog-numerice, convertoare numeric-analogice cât și timere, astfel prin aceste componente încorporate, microcontrolerul este mult mai eficient ca și un microprocesor ce nu are toate aceste facilitați.

Pini microcontrollerului au scop general, programabili software, în timp ce pini unui microprocesor au funcții specificate, bine definite. Un pin cu scop general poate fi folosit atât ca intrare/ieșire digitală cât și ca intrare/ieșire analogică, totul făcându-se software prin setarea/resetarea registrilor corespunzători.

Pinii sunt multiplexați astfel încat este posibil ca un pin să aibă mai multe funcții. Doar o singură

funcție poate fi activă la un moment dat.

Descrierea posibilelor funcții pentru fiecare pin se poate găsi in documentația microcontrollerului

(DataSheet) in secțiunea 10.0, în funcție de portul din care face parte pinul respectiv.

Figura 2-5. Porturii Intrare/Iesire (I/O)

2.2 Programator/debugger

Pentru a face legătura între calculator si microcontroler am avut nevoie de un programator/debugger cu ajutorul căruia am încărcat codul sursă conceput pe calculator, pe microcontroler, prin intermediul programatorului am putut folosi și funcția de debugger, cu ajutorul căruia am putut accesa zone din memoria microcontolerului direct pe calculatorul personal, astfel am putut verifica calculele realizate de către microcontoler.

Programatorul folosit este PICkit 3 un dispozitiv simplu controlat de calculator pe care rulează programul MPLAB IDE. Poate fi folosit ca depanator sau programator de microcontrolere PIC.

Caracteristicile acestuia sunt:

Execuție în timp real

Citire/scriere program si date in memoria microcontrolerului

Șterge orice tip de memorie

Procesoare ce rulează la viteză maximă

Tensiune joasă , domeniul 1.8v – 5v

LED-uri de semnalizare (power,active,status)

Figura 2-6. Programator/debugger PICkit 3

2.3 LCD Display 16×2

2.3.1 Caracteristici

Pentru afișarea mesajelor am folosit in display 16×2 acesta fiind integrat pe placa de dezvoltare, PICDEM PIC18 Explorer.

LCD-ul este un dispozitiv de afișare cu cristale lichide folosit pentru a reda litere,

cifre grafică și imagini. Acesta conține o matrice de celule lichide care devin opace sau își

schimbă culoarea în funcție de impulsurile electrice aplicate.

Figura 2-7. Componente LCD

LCD-ul existent pe placă de dezvoltare PIC18 Explorer Demonstration Board este un

model cu 2 linii a câte 16 caractere.

Figura 2-8. LCD 16×2

2.3.2 Maparea pinilor

Tabelul 2-1. Maparea pinilor

2.3.3 Tipul de comunicare

Am folosit comunicarea paralelă, în care față de comunicarea serială, transferul de biți se face în pachete de câte n biți/ciclu.Dacă este să analizăm din punct de vedere al vitezei o interfață serială față de una paralelă, ambele operând cu aceeași viteză, în acest caz interfața paralelă ar fi de n ori mai

rapidă decât cea serială.

Caracterul ‚c’ codat pe biți în 0110 0011 se va transmite în felul următor:

Figura 2-9. Transmitere caracter „c”

2.3.4 Memorie LCD

LCD Display conține trei tipuri de memorie:

DDRAM

CGRAM

CGROM

Acesta are 80 de spații de memorie tip DDRAM, doar datele de la primele 16 locații sunt afișate, prima adresă a cursorului de pe linia unu va fi 0x80, iar prima adresă a cursorului de pe linia doi va fi 0xC0.

2.3.5 Modul de funcționare

Pentru a începe o afișare de date în primul rând trebuie setat LCD-ul după cum

urmează:

1. Se va specifica numărul de linii al display-ului și numărul de linii de date folosite

utilizând funcția „Function set”

2. Se va specifica direcția de incrementare a cursorului folosind funcția „Cursor &

Display shift” si „Entry mode”

3. Se va activa display-ul și cursorul folosind funcția „Display on/off”

4. Se va muta cursorul la primul caracter de pe prima linie folosind funcția „Cursor

Home”.

După aplicarea setărilor respectând restricțiile de timp specificate, LCD-ul va fi

inițializat și transmiterea de date poate începe.

Oricând se dorește trecerea la a doua linie trebuie specificată adresa de început

folosind funcția „Set cursor address”.

Pentru a șterge toate datele curente afișate se poate folosi funcția „Clear display”, care

va muta cursorul la primul caracter de pe prima linie.

Transmiterea datelor între microcontroller și LCD se realizează folosind un dispozitiv

(MCP23S17) care va utiliza comunicația SPI pentru a prelua datele de la microcontroller și

pentru transmiterea datelor primite către LCD va utiliza comunicarea paralelă.

Figura 2-10. Conexiune LCD-Microcontoler

2.4 Senzor culoare

Pentru a putea detecta culoarea (roșu, albastu și verde) necesară identificării mașsinilor speciale (popieri, poliție și ambulanță) am conceput un senzor pentu a putea detecta aceste culori.

Asfel am avut nevoie de urmatoarele componente:

Fotodioda RGB KPS-5130PD

Trei comparatoare LM393AN

Potențiometru 10 kΩ

Șase rezistori 56 kΩ

1. Fotodioda este un dispozitiv optoelectonic constituit dintr-o joncțiune pn fotosensibilă sau un contact metal semiconductor fotosensibil, utilizate totdeauna în regim de polarizare inversă, deoarece în acest regim se poate fructifica în conditii optime influenta fluxului luminos asupra curentului prin dispozitiv. Construcția fotodiodei asigură că partea cea mai mare a fotonilor radiației incidente să pătrundă pâna în regiunea joncțiunii p-n, unde, fiind absorbiți, pot crea perechi de electro-gol care sunt purtători suplimentari fața de concentrația de echilibru. Numai fotonii care au energia hv mai mare sau cel puțin egală cu lărgimea Eg a benzii interzise vor fi capabili să producă saltul electronilor din banda de valență în cea de conducție adică să ducă la formarea de perechi electron-gol. Capsula fotodiodei prezintă o fantă transparentă, sub forma unei ferestre sau a unei lentile, care permite pătrunderea luminii către joncțiunea pn.

Fotodioda KPS-5130PD este formata din trei fotodiode una ce detectează roșu, una ce detectează albastru si una ce detectează verde. Catodul celor trei diode este comun fiecare având propiul anod.

Figura 2-11. 1. Fotodioda RGB KPS-5130PD

2. Comparatorul este un dispozitiv ce compară la intrare două tensiuni sau doi curenți, iar ieșirea este un semnal digital ce indică care dintre cele două intrări este mai mare.

Comparatorul are două intrării, am să le definesc ca Vin+ și Vin-, dar și o ieșire pe care o s-o definesc ca Vout.

Astfel va rezulta Vout = ca în Figura 2-12. de mai jos.

Figura 2-12. Principiu funcționare comaparator

Comparatorul LM393AN este un dispozitiv cu opt pini ce conține două comparatoare ce sunt legate la un pin comun de alimentare, dar și la un pin comun de masă.

Comparatorul LM393AN poate fi folosit în urmatoarele aplicații :

Senzori de gaz sau de lichide chimice

Desktop PC

În scheme de controlul motoarelor de c.c

Cu toate acestea acest comparator l-am putut integra în schema senzorului creat de mine.

Figura 2-13. Capsulă LM393AN

Specificatiile comparatorului LM393AN sunt descrise în Tabelul 2-2. de mai jos.

Tabelul 2-2. Caracteristici LM393AN

3. Pentru a stabili o tensiune de prag pentru amplificator, intrarea Vin-, am folosit un potențiometru

de 10kΩ alimentat la o tensiune de 5V.

Un potențiometru este un instrument pentru variația potențialului electric (tensiune) într-un circuit.

Figura 2-14. Potențiometru

4. Pentru a pune in pull-down anodurile celor trei fotodiode am folosit rezistențe de 56kΩ pentru fiecare anod, iar pentur a pune in pull-up ieșirile comparatoarelor am folosit tot rezistențe de 56kΩ.

Figura 2-14. Schemă Pull-up si Pull-down

Cu ajutorul componentelor specificate mai sus am creat următorul senzor de identidicare al culori.

Figura 2-15. Schemă senzor culoare

Figura 2-15. este realizată în programul de proiectare „CircuitMaker”.

Senzorul funcționează în modul următor, atunci când una dintre cele trei fotodiode identifică culoarea specifică fotodioda lasă să treacă o tensiune ce ajunge la Vin+, aici tensiunea este comparată cu tensiunea de prag de circa 0.2V setată cu ajutorul potențiometrului. Dacă tensiunea de la fotodiodă ce ajunge în Vin+ este mai mare decât tensiunea de pe Vin-, atunci comparatorul va debita un semnal digital astfel, când există una dintre cele trei culori va debita 1 logic, acest 1 logic poate exista spre exemplu și pe cele trei canale dacă avem o culoare ce este compusă din cele trei culori sau putem avea 0 logic asta însemnând că nu există culoare.

Figura 2-16. Montaj senzor culoare realizat pe breadboard

2.5 Dispozitiv recepție semnal luminos

Pentru a realiza comunicația Li-Fi avem nevoie de un transmițător și un receptor. Dacă transmițătorul l-am realizat cu ajutorul unui LED de culoare albă, prin care transmit diferite mesaje, recepția acestui semnal a fost puțin mai complicată.

Semnalul recepționat trebuie să fie unul digital, astfel am încercat să concep un dispozitiv de recepție cât mai rapid pentru a nu pierde mesajele transmise.

Dispozitivul de recepție al mesajelor conține următoarele componente:

1. Fototranzistorul BPW85

2. Amplificatorul operațional LM358A

3. Tranzistorul rapid 2N2222A

4. Două potențiometre

5. Rezistețe 330Ω, 1kΩ, 4kΩ

1. Fototranzistorul este un dispozitiv optoelectronic, realizat pe o structură de tranzistor, al cărui curent de colector este comandat de un flux luminos. Baza tranzistorului este înlocuită cu o suprafață care poate fi iluminată, asigurând astfel curentul de bază necesar. Cu toate acestea unele fototranzistoare sunt prevăzute si cu electrod de bază . Fototranzistorul este un transistor cu joncțiunea bază-colector fotosensibilă.Pentru fototranzistoare sunt două variante constructive: cu două terminale sau cu trei terminale. În configurația cu două terminale, baza nu este accesibilă, situație în care semnalul de intrare în fototranzistor este exclusive lumina.În configurația cu trei terminale, baza se conectează în circuit si asigură o stabilitate mai bună a punctului static de funcționare față de variațiile de temperatură.

Figura 2-17. Fototranzistor