Structura Hardware a Sistemului de Control Pentru Sistemul Inteligent de Detectie Carosabil Alunecos

Sistemul realizează următoarele funcții:

– monitorizarea senzorului de viteza;

– monitorizarea turatiei feiecarei roti;

– monitorizarea diferentei de turatie dintre roti;

– comanda activarii ESP (in cazul in care acesta a fost dezactivat);

– comanda sistemelor de avertizare (martori);

– comanda sistemelor de degivrare (sistem de dezaburire geamuri);

– avertizarea conducatorului auto asupra conditiei de aderenta la carosabil.

Sistemul monitorizeaza in permanenta viteza autovehicolului prin citirea traductorului magnetic montat pe cutia de viteze a autovehicolului si a turatiei fiecarei roti (preluata de la semnalul senzorului magnetic montat in circuitul sistemului ABS). Sistemul este prevazut cu un senzor de masurare a temperaturii (LM35) si un sistem laser pentru masurarea gradului de reflexie a suprafetei carosabile. Senzorul laser furnizeaza la iesire o tensiune cuprinsa intre 0 si 5V (in functie de gradul de reflexie a carosabilului). In functie de temperatura masurata si de gradul de reflexie a carosabilului, avem urmatoarele situatii:

Temperatura optima pentru formare inghet (<0°C) fara carosabil inghetat;

Temperatura optima pentru formare inghet (<0°C) cu carosabil inghetat;

Temperatura pozitiva (>0°C) cu carosabil ud;

Temperatura pozitiva (>0°C) cu carosabil uscat.

In cazul temperaturilor negative sistemul va activa automat sistemul ESP si sistemele de dezaburire a geamurilor. Un set de martori va semnaliza conducatorului auto un avertisment prin care acesta este atentionat de posibilitatea aparitiei ghetii pe carosabil. Prin masurarea gradului de reflexie a suprafetei crosabile, conducatorul este avertizat in timp real in urmatoarele cazuri:

prezenta gheata si zapada;

prezenta polei;

prezenta drum ud.

Sistemul este echipat cu elemente de comanda a sistemelor de degivrare si activare ESP. Sa optat pentru comanda prin relee. Acest lucru ofera posibilitatea interconectarii in circuite care au masa conuna sau + comun.

Sistemul ofera semnale de comanda pentru diversi martori aflati pe bordul autovehicolului.

Elementele constructive ale sistemului sunt:

– Bloc de alimentare – Asigura alimentarea circuitelor cu o tensiune stabilizata de 5V;

– Senzor turatie roata – Converteste turatia rotii in semnale electrice interpretabile;

– Circuitul oscilant – Furnizeaza frecventa de oscilatie necesara functionarii microcontrollerului;

– Senzor turatie – Furnizeaza semnalul de turatie (viteza) catre uC;

– Senzor temperatura – Furnizeaza temperatura catre uC;

– Senzor reflexie – Furnizeaza gradul de reflexie catre uC;

– Bloc comanda martori – Contine circuitele de actionare mardori de bord;

– Bloc comanda ESP – Contine circuitele de actionare a activarii ESP;

– Bloc comanda DEZABURIRE – Contine circuitele de actionare a activarii DEZABURIRE;

– Bloc comanda INCALZIRE – Contine circuitele de actionare a activarii INCALZIRE;

Fig. 3.1. Schema bloc a sistemului

Microsistemul furnizează semnalele de comandă pentru controlul sistemului ESP si martori in functie de conditiile carosabilului sau de temperatura ambientala. Sistemul poate gestiona urmatoarele situatii:

temperatura ambientala negativa – sistemul va comanda degivrarea lunetei si parbrizului si va avertiza optic asupra perticlului formarii poleiului pe partea carosabila.

carosabilul prezinta gad ridicat de reflexie – detectata cu un senzor laser. Sistemul va activa automat sistemul ESP si martorul de drum alunecos.

deriva stanga/dreapta detectata de sistemul ABS – prin intermediul masurarii turatiei fiecarei roti a autovehicolului.

3.2. Proiectarea hardware a microsistemului cu microcontroler

Schema electrică a fost realizată în programul Proteus(ISIS).

Fig. 3.2. Microcontrolerul PIC16F877A

3.2.1. Conectarea pinilor picului pe schema electrică

/Vpp este intrarea resetului principal – Master Clear (Reset) sau intrarea tensiunii de programare. Acest pin este activ în zero atunci când se aplică RESET.

OSC1/CLKIN intrarea oscilatorului cu cristal/sursă externă de ceas

OSC2/CLKOUT ieșirea oscilatorului cu cristal. Conectarea la cristal sau la

rezonator în modul oscilator cu cristal. În modul RC, pinul OSC2 furnizează CLKOUT care are ¼ din frecvența la OSC1 și indică durata unui ciclu de instrucțiune.

RA0 este conectat la iesirea senzorului de temperatura

RA1 este conectat la iesirea senzorului laser

RB0 este conectat la intrarea senzor turatie ABS

RB1 este conectat la intrarea senzor turatie ABS

RB2 este conectat la intrarea senzor turatie ABS

RB3 este conectat la intrarea senzor turatie ABS

RB6/PGC pin folosit pentru ICSP (ceasul programării seriale)

RB7/PGD pin folosit pentru ICSP (datele programării seriale)

RC0 este conectat la iesirea senzorului de turatie

RD3 este conectat la comanda degivrare

RD4 este conectat la comanda degivrare luneta

RD5 este conectat la comanda ESP

RD6 este conectat la martor drum alunecos

RD7 este conectat la martor gheata

RC6/TX/CK ieșirea de date către PC si modul GSM

RC7/RX/DT intrarea de date de la PC si modul GSM

Restul pinilor microcontrolerului sunt neconectați

3.2.2. Alimentarea circuitelor

În alimentarea circuitului s-a folosit o sursă de tipul LM7805. În alegerea ei s-a tinut cont de tensiunea de alimentare a circuitelor și de puterea consumată. S-a ales o sursă de 5V și 1A.

S-au folosit condensatori la intrarea și ieșirea din sursă pentru a elimina zgomotul apărut din tensiunea de rețeaua de alimentare.

C1,D1,C2 și C3 alcătuiesc un filtru cu rolul de a elimina zgomotul generat de sursa de alimentare.

Stabilizatorul L7805 realizează stabilizarea tensiunii la valoarea de 5V necesară alimentării microcontrolerului și circuitelor aferente.

Fig. 3.3. Schema sursei de alimentare

3.2.3. Senzorul de temperatura LM35

Prin intermediul acestui senzor se masoara temperatura ambientala. In functie de aceasta temperatura sistemul comanda degivrarea lunetei si parbrizului si avertizarea posibilitatii formarii poleiului.

Fig. 3.4. Senzorul de temperatura

Fig. 3.5. Conectare senzor de temperatura

3.2.4. Programarea în circuit a microcontrolerului

Se realizează cu ajutorul unui programator (ICD-S) prin intermediul unui conector ICSP la care sunt disponibile următoarele semnale:

– MCLR

– RB6

– RB7

– GND

– VCC

3.2.5. Realizarea circuitului oscilant al microcontrolerului

Pentru realizarea frecvenței de clock internă a microcontrolerului și pentru a eficientiza la maxim viteza de procesare a informației s-a ales un oscilator pe bază de cristal de cuarț cu frecvența de 20 MHz.

Cristalul de cuarț a fost decuplat cu două condensatoare C9 și C8 de 22pF și conectat la pinii OSC1 și OSC2 ai microcontrolerului.

Fig. 3.6. Conectarea cristalului de cuarț

3.2.6. Logica de reset a sistemului

Sistemul compus din microcontrolerul PIC16F877A trebuie resetat la pornire sau în momentele în care se blochează.

Resetarea microcontrolerului se face folosind un circuit simplu compus din: R2=4,7K (valori luate din datasheetul microcontrolerului) și un buton. Pentru o funcționare optima pe pinul trebuie sa existe un semnal TTL.

Fig. 3.7. Schema de reset a microcontrolerului

3.2.7. Circuitul de caomanda a dezaburirii lunetei

Prin intermediul acestui circuit se comanda sistemul de dezaburire luneta. Circuitul de forta este realizat cu un releu. Asesta permite ruperea de curenti mari (circuitul de dezaburire este un circuit de putere).

Tranzistorul TC, este necesar pentru a realiza comanda bobinei releului care se alimentează la 12V și un curent care excede curentul maxim acceptat de portul de iesire al microcontrolerului.

DR este o dioda de protecție la tensiune inversă indusă de decuplarea bobinei releului.

RB este rezistenta de comanda a bezei tranzistoarelor. Acestea limiteaza curentul de atac a bazei la valoarea de aproximativ 1mA.

Fig. 3.8. Circuitul de comanda dezaburire luneta

PSF TC:

RB=4700Ω

Rreleu=180Ω

UBE=0,6V

IB====1mA

IE=IC==66,6mA

3.2.8. Circuitul de caomanda a dezaburirii parbriz

Prin intermediul acestui circuit se comanda sistemul de dezaburire parbriz. Circuitul de forta este realizat cu un releu. Asesta permite ruperea de curenti mari (circuitul de incalzire este un circuit de putere).

Tranzistorul TC, este necesar pentru a realiza comanda bobinei releului care se alimentează la 12V și un curent care excede curentul maxim acceptat de portul de iesire al microcontrolerului.

DR este o dioda de protecție la tensiune inversă indusă de decuplarea bobinei releului.

RB este rezistenta de comanda a bezei tranzistoarelor. Acestea limiteaza curentul de atac a bazei la valoarea de aproximativ 1mA.

Fig. 3.9. Circuitul de comanda dezaburire parbriz

PSF TC:

RB=4700Ω

Rreleu=180Ω

UBE=0,6V

IB====1mA

IE=IC==66,6mA

3.2.9. Circuitul de caomanda ESP

Prin intermediul acestui circuit se comanda activarea sistemul ESP. Circuitul de forta este realizat cu un releu. Acesta permite conectarea la autovehicole care au masa comuna sau +12V comun la sasiu.

Tranzistorul TC, este necesar pentru a realiza comanda bobinei releului care se alimentează la 12V și un curent care excede curentul maxim acceptat de portul de iesire al microcontrolerului.

DR este o dioda de protecție la tensiune inversă indusă de decuplarea bobinei releului.

RB este rezistenta de comanda a bezei tranzistoarelor. Acestea limiteaza curentul de atac a bazei la valoarea de aproximativ 1mA.

Fig. 3.10. Circuitul de comanda activare ESP

PSF TC:

RB=4700Ω

Rreleu=180Ω

UBE=0,6V

IB====1mA

IE=IC==66,6mA

3.2.10. Circuitul de comandă pentru martori

Tranzistoarele Q1, Q2 si Q3 sunt necesare pentru a realiza comanda bobinei releului care se alimentează la 12V și un curent care excede curentul maxim acceptat de portul de iesire al microcontrolerului.

D2, D3, D4 sunt diode de protecție la tensiune inversă indusă de decuplarea bobinei releului.

R2, R3, R4 sunt rezistentele de comanda a bezei tranzistoarelor. Acestea limiteaza curentul de atac la valoarea de aproximativ 1mA.

Fig. 3.11. Schema electrică a circuitelor de comandă martori

PSF Q1, Q2, Q3:

R2, R3, R4=4700Ω

Rreleu=180Ω

UBE=0,6V

IB====1mA

IE=IC==66,6mA

3.2.11. Circuitul senzorului laser – detectie grad reflexie carosabil

Fig. 3.12. Senzorul detectie grad de reflexie

Prin intermediul acestui senzor se masoara gradul de reflezie al carosabilului. Senzorul furnizeaza la iesire o tensiune intre 0 si 5V. Aceasta tensiune este masurata cu ajutorul portului AN1 al microcontrollerului si in functie de valoarea acesteia se determina starea carosabilului.

3.2.12. Senzorul de turatie

Senzorul de turatie este conectat pe cutia de viteze a automobilului. Acesta furnizeaza date pentru aparateleplansei de bord, calculator injectie carburant si uC. Informatia este disponibila sub forma de tren de impulsuri dreptunghiulare cu factor de umplere ½. Acest tren de impulsuri corespunde turatiei pinionului central al cutiei de viteza. Din turatia masurata se poate determina cu aproximatie viteza de deplasare a autovehicolului.

Fig. 3.13. Semnal senzor de turatie

3.2.13. Senzorii de masurare a turatiei rotilor

Fig. 3.14. Schema de interconectare senzori ABS

Prin intermediul acestor patru senzori se determina viteza de rotatie a fiecarei roti in momentul franarii. Prin masurarea acestor semnale softul din uC determina gradul de deriva dreapta/stanga a acutovehicolului. Diodele montate catre VCC si respectiv GND inseriate cu rezistentele de pe intrare au rolul de a converti semnalele cu amplitudinea de 12V furnizate de senzor la valoarea de 5V acceptata de uC.

Fig. 3.15. Schema electrică a microsistemului