Типовая микропроцессорная система охраны и сигнализации

Типовая микропроцессорная система охраны и сигнализации

Введение

Системы охраны и сигнализации на основе микропроцессорного управления в настоящее время являются наиболее распространенным типом охранных устройств автомобилей. Причиной этому служит большая гибкость управления и лёгкая адаптация к внешним условиям благодаря возможности замены управляющей программы. При этом аппаратная часть систем охраны, выполняемая на основе микроконтроллера, является неизменяемой компонентой. В настоящее время в качестве микроконтроллеров систем охраны используются однокристальные микроконтроллеры фирм Intel, Atmel, MicroChip и др. В данном курсовом проекте в качестве ядра МПС используется микропроцессор Intel 80386.

1. Теоретические принципы разработки МПС охраны и сигнализации

микропроцессорный интерфейс сигнализация программа

Микропроцессорная система охраны и сигнализации содержит аппаратную часть, представленную микропроцессором, соединённым через интерфейсные схемы с датчиками и исполнительными устройствами, и программную часть, реализующую логику работы системы охраны и сигнализации. Управляющая программа включает в себя подпрограмму взаимодействия с датчиками и исполнительными устройствами и подпрограмму распознавания ситуации на основе логической обработки информации от датчиков. Основными исходными данными для проектирования и / или модернизации системы охраны и сигнализации являются перечень датчиков, их адреса в адресном пространстве микропроцессора, разрядность, способ подключения к МПС, протокол обмена данными. Основным средством для проектирования и отладки программной части является среда AFD. Датчики и радиобрелок системы охраны заменяются программным эмулятором.

Основные этапы разработки МПС охраны и сигнализации:

1.Выбор типа интерфейса для подключения датчиков и радиобрелка к МПС (интерфейс с общей шиной или интерфейс с изолированной шиной).

2.Определение режимов работы МПС, кодирование состояний.

.Разработка графа и таблицы переходов состояний МПС.

.Разработка аппаратного интерфейса МПС с датчиками и радиобрелком.

.Разработка клавиатурного эмулятора датчика и эмулятора радиобрелка (при необходимости).

.Выделение памяти для хранения текущих значений.

.Кодирование состояний датчиков.

.Разработка программ инициализации режимов работы МПС.

.Разработка управляющих программ для всех режимов функционирования МПС.

.Проведение тестовых испытаний.

Основными датчиками являются: контактные датчики закрытия дверей, капота, багажника; датчик включения зажигания; двухуровневый датчик удара, двухзонный датчик объёма, датчики обрыва питания, осадков и движения. Возможно также подключение дополнительных датчиков, вырабатывающих сигналы, аналогичные сигналам основных датчиков.

Опрос датчиков реализуется либо по прерыванию, либо программным методом. Анализ состояния датчиков осуществляется в конце каждого цикла опроса. Переход из одного режима работы МПС в другой осуществляется либо по сигналам от датчиков, либо по командам от радиобрелка. Логика функционирования МПС в каждом режиме определяется согласно типовой схеме работы системы охраны и сигнализации.

2. Разработка графа и таблицы переходов состояния МПС

Блок управления МПС функционирует в одном из трех режимов:

• охрана;
• сброс;
• тревога,

которые задаются нажатием назначенных для этих режимов кнопок.

При подаче питания микропроцессорная система охраны и сигнализации находится в режиме «сброс» до нажатия кнопки «Р» на радиобрелке. При нажатии на кнопку «Р» происходит переход в режим охраны, в котором система находится до тех пор, пока датчики в норме. При срабатывании какого-либо датчика либо группы датчиков система охраны переходит в режим тревоги и находится в этом режиме до нажатия кнопки «О», т.е. осуществления сброса с радиобрелка. На рисунке 1 изображён граф переходов состояний МПС.

Рисунок 1 - Граф переходов состояний МПС

В таблице 1 изображены переходы состояний МПС, крестиками указаны запрещённые переходы.

Таблица 1 - Таблица переходов состояний МПС

СбросОхранаТревогаСбросПодача питанияКнопка «Р» на радиобрелке´ОхранаКнопка «О» на радиобрелке«Норма» датчиков«Не норма» датчиковТревогаКнопка «О» на радиобрелке´«Не норма» датчиков

Выделение памяти для хранения признаков:

X BYTE

Y BYTE программный интерфейс с датчиками;

Z BYTE

R BYTE - байт для хранения кодов режимов.

Логика функционирования МПСО формализована следующими правилами:

1.Сигнал от контактного датчика® «Тревога».

2.Обрыв питания ® «Тревога».

.Высокий уровень сигнала от датчика осадков ® отключение первой зоны датчика объёма.

.Низкий уровень сигнала от датчика осадков ® включение первой зоны датчика объёма.

.Превышение порога удара или порога вторжения в охраняемый объём ® «Тревога».

В таблице 2 приведено кодирование состояний МПС в зависимости от управляющих команд с радиобрелка. Перевод МПС в режим «Тревога» посредством радиобрелка не предусмотрен.

Таблица 2 - Кодирование состояний МПС

Адрес байта для хранения состоянияСостояниеКлавиша радиобрелкаКод состоянияDРежим «Охрана»«Р»1LРежим «Сброс»«О»2GРежим «Тревога»--

3. Разработка аппаратного интерфейса МПС

При аппаратной реализации МПСО был использован микропроцессор Intel 8086. Основными элементами блока управления являются однокристальный микропроцессор (МП), и радиобрелок. Микропроцессор соединяется с датчиками через аппаратный интерфейс. Контакты разъёма интерфейса приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Контакты разъёма аппаратного интерфейса МПС

КонтактДатчики1Контактный. Дверь левая передняя.2Контактный. Дверь правая передняя.3Контактный. Дверь левая задняя.4Контактный. Дверь правая задняя.5Контактный. Капот.6Контактный. Багажник.7Датчик битого стекла. Дверь левая передняя.8Датчик битого стекла. Дверь правая передняя.9Датчик битого стекла. Дверь левая задняя.10Датчик битого стекла. Дверь правая задняя.11Датчик битого стекла. Капот.12Датчик битого стекла. Багажник.13Датчики удара (вибрации). Контакт №1.14Датчики удара (вибрации). Контакт №2.15Датчики удара (вибрации). Контакт №3.16Датчик обрыва питания.17Датчик осадков.18Датчик движения.19Первая зона датчика объема (внешняя).20Первая зона датчика объема (внешняя).21Первая зона датчика объема (внешняя).22Вторая зона датчика объема (внутренняя).23Вторая зона датчика объема (внутренняя).24Вторая зона датчика объема (внутренняя).

В таблице 4 описано подключение датчиков к интерфейсному разъёму. Для двоичных датчиков назначено по одной клавише программного эмулятора, нажатие которой соответствует срабатыванию определённого датчика. Для датчиков вибрации и объёма, имеющих несколько порогов срабатывания, выделен ряд клавиш программного эмулятора. Взаимодействие МПС с эмуляторами датчиков и клавиш радиобрелка осуществляется по интерфейсной схеме с общей шиной. В качестве портов ввода информации от датчиков используются ячейки памяти с указанными в таблице 4 адресами.

Таблица 4 - Перечень датчиков МПСО

Контакт разъёмаАдрес байта памятиНомер битаКлавиша эмулятора датчикаКоманда чтения ячейки памяти1X1Amоv al, X22S33D44F55G66H77Z88X9Y1Cmov al, Y102V113B124N135QWE RTY UI146157168J17Z1Kmov al, Z182L193q, w, e, r, t, y, u, i2042152261,2,3, 4,5,6, 7,8237248

Кодирование состояний трёхразрядного двухзонного датчика объёма приведено в таблице 5.

Таблица 5 - Кодировка состояний двухзонного датчика объёма

Контакты первой (внешней) зоныКлавиша эмулятораКонтакты второй (внутренней) зоны1920211-я зона2-я зона222324000q1000001w2001010e3010011r4011100t5100101y6101110u7110111i8111

Кодирование состояний трёхразрядного датчика удара (вибрации) приведено в таблице 6.

Таблица 6 - Кодировка состояний датчиков удара (вибрации)

БитыКлавиша131415000Q001W010E011R100T101Y110U111I

4. Разработка программного интерфейса

Для включения или отключения сигнализации необходимо подать сигнал от радиобрелка микропроцессорной системе. Клавиша «Р» переводит сигнализацию в режим охраны, а клавиша «О» - в режим сброса. Перевод осуществляется следующим образом.

Перевод в режимы охраны и сброса:

cmp InBuffer, 'O'

jnz R2

mov R, 1 ; Перевод в режим Сброс

ret: cmp InBuffer, 'P'EndSensors R, 2 ; Перевод в режим Охрана.

При этом если программа переводится в режим «Охрана», то в байт памяти по адресу R помещается цифра 1, если в режим «Сброс», то помещается цифра 2:

mov R, 1 ; Перевод в режим Сброс

mov R, 2 ; Перевод в режим Охрана.

На рисунке 2 изображена схема взаимодействия периферийных уст-ройств с центральным блоком.

Рисунок 2 - Схема взаимодействия периферийных устройств с центральным блоком

. Разработка управляющих программ режимов МПСО

Режим «Сброс»

Переход в режим «Сброс» осуществляется после запуска программы или по нажатию клавиши «О». При этом в байт памяти по адресу R помещается число 1, опрос датчиков не производится. Схема перевода в режим «Сброс» изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема перевода МПС в режим «Сброс»

Режим «Охрана»

Рисунок 4 - Схема работы МПС в режиме «Охрана»

Режим «Тревога»

При срабатывании в режиме охраны одного либо группы датчиков система сигнализации переходит в режим тревоги: на экран выводится слово «тревога!» и посылает сигнал beep. Причем этот режим работает до тех пор, пока владелец автомобиля не отключит его нажатием на клавишу «О», т.е. переведет систему в режим «сброс». Схема работы в режиме «Тревога» изображена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема работы МПС в режиме «Тревога»

Опрос датчиков

Опрос датчиков осуществляется в порядке, описанном на рисунке 6.

mov al, Xal, 00111110B

jnz ALARM

al, Y

and al, 01110000B

cmp al, 00110000BALARM

1-я зона датчика объема:

mov al, Zal, 00011100B al, 00010100B

jg ALARM

2-я зона датчика объема:

DAT2:al, Zal, 11100000B al, 01000000B

jg ALARM

Рисунок 6 - Порядок опроса датчиков

Для опроса датчиков накладываем маски на регистры, в которые поступают данные от датчиков, и сравниваем их с необходимым признаком (срабатывание какого-либо датчика или превышение порога чувствительности), в случае совпадения с заданным признаком система переходит в режим тревоги. Причем 1-я зона датчика объема (внешняя) отключается в случае срабатывания датчика осадков.

6. Разработка специального программного обеспечения

model flat, stdcall

option casemap: none

\masm32\include\windows.inc\masm32\include\kernel32.inc\masm32\include\user32.inc; здесь объявление MessageBox\masm32\include\masm32.inc\masm32\include\debug.inc

\masm32\lib\kernel32.lib\masm32\lib\masm32.lib\masm32\lib\debug.lib\masm32\lib\user32.lib; здесь API-функция MessageBox

X byte 0; 8-пиновый разъём 1

Y byte 0; 8-пиновый разъём 2

Z byte 0; 8-пиновый разъём 3

R byte 1; кнопки брелка (сброс-1, охрана-2)

OutHandle DWORD 0; дескриптор стандартного устройства вывода

InHandle DWORD 0; дескриптор стандартного устройства ввода

BytesWritten DWORD?; число выведенных байтов

BytesRead DWORD?; число введённых байтов

InBuffer BYTE?; однобайтовый буфер ввода

Mode DWORD? ; режим работы клавиатуры

M byte?byte «SBROS»byte «Protect»byte «ALARM» DWORD 100h; частота звука в герцах (от 25h до 7FFFh)

dwDuration DWORD 3E8h; продолжительность звука в миллисекундах (1 сек. = 3E8h)

:

; - Определение дескрипторов -GetStdHandle, STD_OUTPUT_HANDLEOutHandle, eaxGetStdHandle, STD_INPUT_HANDLEInHandle, eax

; - Вывод на экран начального состония при запуске -

BEGIN:eax, 000C0027hSetConsoleCursorPosition, OutHandle, eax; установка курсораWriteConsole, OutHandle, offset L, lengthof L, offset BytesWritten, 0Beep, 900h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 950h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 530h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/8

Beep, 100h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 200h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 400h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32

; - Управляющий алгоритм -

Opros:

Call ReadSensors

; - Вывод на экран слова «Сброс»-

; - Проверка нажата ли клавиша «О»-

cmp R, 1PROTECT

;-eax, 000C0027hSetConsoleCursorPosition, OutHandle, eax; установка курсораWriteConsole, OutHandle, offset L, lengthof L, offset BytesWritten, 0X, 0Y, 0Z, 0Beep, 930h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/16Beep, 950h, 3E8h/6

Opros

; - Вывод на экран слова «Protect»-

PROTECT:eax, 000C0027hSetConsoleCursorPosition, OutHandle, eax; установка курсораWriteConsole, OutHandle, offset D, lengthof D, offset BytesWritten, 0Beep, 130h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 150h, 3E8h/6Beep, 24h, 3E8h/32Beep, 70h, 3E8h/6

; invoke Beep, 24h, 3E8h/8

; invoke Beep, 250h, 3E8h/6

; invoke Beep, 24h, 3E8h/32

; invoke Beep, 300h, 3E8h/6

; invoke Beep, 24h, 3E8h/32

; invoke Beep, 200h, 3E8h/6

; invoke Beep, 24h, 3E8h/32

; - ОПРОС ДАТЧИКОВ-

Oprosd:

; проверка датчиков передних дверей, капота и багажника

mov al, Xal, 00111110B ALARM

; проверка датчика удара P>3

mov al, Yal, 01110000Bal, 00110000BALARM

; проверяем датчик осадковal, Zal, 00000001B DAT2

; проверка датчиков объёма первого уровня P>5

mov al, Zal, 00011100B al, 00010100B

jg ALARM

; проверка датчиков объёма второго уровня P>2

DAT2:al, Zal, 11100000Bal, 01000000BALARM

:eax, 000C0027hSetConsoleCursorPosition, OutHandle, eax; установка курсораWriteConsole, OutHandle, offset G, lengthof G, offset BytesWritten, 0

; -СИГНАЛ-

ecx, 0ecx, 2h:Beep, 900h, 3E8h/8Beep, 910h, 3E8h/16Beep, 920h, 3E8h/32Beep, 930h, 3E8h/64Beep, 940h, 3E8h/128Beep, 950h, 3E8h/264Beep, 960h, 3E8h/32Beep, 970h, 3E8h/32Beep, 980h, 3E8h/32Beep, 990h, 3E8h/32Beep, 1000h, 3E8h/32Beep, 1010h, 3E8h/32Beep, 1020h, 3E8h/32Beep, 1030h, 3E8h/32Beep, 1040h, 3E8h/32Beep, 1050h, 3E8h/32Beep, 1060h, 3E8h/32Beep, 1070h, 3E8h/32Beep, 1080h, 3E8h/32Beep, 1090h, 3E8h/32Beep, 1100h, 3E8h/32

Beep, 900h, 3E8h/8Beep, 910h, 3E8h/16Beep, 920h, 3E8h/32Beep, 930h, 3E8h/64Beep, 940h, 3E8h/128Beep, 950h, 3E8h/264Beep, 960h, 3E8h/32Beep, 970h, 3E8h/32Beep, 980h, 3E8h/32Beep, 990h, 3E8h/32Beep, 1000h, 3E8h/32Beep, 1010h, 3E8h/32Beep, 1020h, 3E8h/32Beep, 1030h, 3E8h/32Beep, 1040h, 3E8h/32Beep, 1050h, 3E8h/32Beep, 1060h, 3E8h/32Beep, 1070h, 3E8h/32Beep, 1080h, 3E8h/32Beep, 1090h, 3E8h/32Beep, 1100h, 3E8h/32

Beep, 900h, 3E8h/8Beep, 910h, 3E8h/16Beep, 920h, 3E8h/32Beep, 930h, 3E8h/64Beep, 940h, 3E8h/128Beep, 950h, 3E8h/264Beep, 960h, 3E8h/32Beep, 970h, 3E8h/32Beep, 980h, 3E8h/32Beep, 990h, 3E8h/32Beep, 1000h, 3E8h/32Beep, 1010h, 3E8h/32Beep, 1020h, 3E8h/32Beep, 1030h, 3E8h/32Beep, 1040h, 3E8h/32Beep, 1050h, 3E8h/32Beep, 1060h, 3E8h/32Beep, 1070h, 3E8h/32Beep, 1080h, 3E8h/32Beep, 1090h, 3E8h/32Beep, 1100h, 3E8h/32

Beep, 900h, 3E8h/8Beep, 910h, 3E8h/16Beep, 920h, 3E8h/32Beep, 930h, 3E8h/64Beep, 940h, 3E8h/128Beep, 950h, 3E8h/264Beep, 960h, 3E8h/32Beep, 970h, 3E8h/32Beep, 980h, 3E8h/32Beep, 990h, 3E8h/32Beep, 1000h, 3E8h/32Beep, 1010h, 3E8h/32Beep, 1020h, 3E8h/32Beep, 1030h, 3E8h/32Beep, 1040h, 3E8h/32Beep, 1050h, 3E8h/32Beep, 1060h, 3E8h/32Beep, 1070h, 3E8h/32Beep, 1080h, 3E8h/32Beep, 1090h, 3E8h/32Beep, 1100h, 3E8h/32

Beep, 900h, 3E8h/8Beep, 910h, 3E8h/16Beep, 920h, 3E8h/32Beep, 930h, 3E8h/64Beep, 940h, 3E8h/128Beep, 950h, 3E8h/264Beep, 960h, 3E8h/32Beep, 970h, 3E8h/32Beep, 980h, 3E8h/32Beep, 990h, 3E8h/32Beep, 1000h, 3E8h/32Beep, 1010h, 3E8h/32Beep, 1020h, 3E8h/32Beep, 1030h, 3E8h/32Beep, 1040h, 3E8h/32Beep, 1050h, 3E8h/32Beep, 1060h, 3E8h/32Beep, 1070h, 3E8h/32Beep, 1080h, 3E8h/32Beep, 1090h, 3E8h/32Beep, 1100h, 3E8h/32 R, 0

jmp Opros

; - Ввод одного символа без эха -

InputChar:GetConsoleMode, InHandle, offset Mode; сохранение флаговSetConsoleMode, InHandle, 0; отмена режима эхо-выводаReadConsole, InHandle, offset InBuffer, 1, offset BytesRead, 0SetConsoleMode, InHandle, Mode; восстановление режима

; - Эмулятор датчиков -

ReadSensors:InputChar

; - Контактные датчики -InBuffer, 'A'X1X, 00000001b: cmp InBuffer, 'S'X2X, 00000010b: cmp InBuffer, 'D'X3X, 00000100b: cmp InBuffer, 'F'X4X, 00001000b: cmp InBuffer, 'G'X5X, 00010000b: cmp InBuffer, 'H'X6X, 00100000b

; - Датчики битого стекла -

X6: cmp InBuffer, 'Z'

jnz X7X, 01000000b: cmp InBuffer, 'X'Y0X, 10000000b: cmp InBuffer, 'C'Y1Y, 00000001b: cmp InBuffer, 'V'Y2Y, 00000010b: cmp InBuffer, 'B'Y3Y, 00000100b: cmp InBuffer, 'N'Y4Y, 00001000b

; - Датчик удара -: cmp InBuffer, 'Q'Y5Y, 10001111b; Удар = 0: cmp InBuffer, 'W'Y6Y, 10001111bY, 00010000b; Удар = 1: cmp InBuffer, 'E'Y7Y, 10001111bY, 00100000b; Удар = 2: cmp InBuffer, 'R'Y8Y, 10001111bY, 00110000b; Удар = 3: cmp InBuffer, 'T'Y9Y, 10001111bY, 01000000b; Удар = 4: cmp InBuffer, 'Y'Y10Y, 10001111bY, 01010000b; Удар = 5: cmp InBuffer, 'U'Y11Y, 10001111bY, 01100000b; Удар = 6: cmp InBuffer, 'I'Y12 Y, 01110000b; Удар = 7

ret

; - Датчик обрыва питания -

Y12: cmp InBuffer, 'J'Z0Y, 10000000b

; - Датчик осадков -: cmp InBuffer, 'K'Z1Z, 00000001b

; - Датчик движения -: cmp InBuffer, 'L'Z2Z, 00000010b

; - Внешняя зона датчика объёма -: cmp InBuffer, 'q' Z3

and Z, 11100011b; Уровень = 0

ret: cmp InBuffer, 'w'Z4Z, 11100011bZ, 00000100b; Уровень = 1: cmp InBuffer, 'e'Z5Z, 11100011bZ, 00001000b; Уровень = 2: cmp InBuffer, 'r'Z6Z, 11100011bZ, 00001100b; Уровень = 3: cmp InBuffer, 't'Z7Z, 11100011bZ, 00010000b; Уровень = 4: cmp InBuffer, 'y'Z8Z, 11100011bZ, 00010100b; Уровень = 5: cmp InBuffer, 'u'Z9Z, 11100011bZ, 00011000b; Уровень = 6: cmp InBuffer, 'i'Z10 Z, 00011100b; Уровень = 7

ret

; - Внутренняя зона датчика объёма -

Z10: cmp InBuffer, '1'Z11Z, 00011111b; Уровень = 0: cmp InBuffer, '2'Z12Z, 00011111bZ, 00100000b; Уровень = 1: cmp InBuffer, '3'Z13Z, 00011111bZ, 01000000b; Уровень = 2: cmp InBuffer, '4'Z14Z, 00011111bZ, 01100000b; Уровень = 3: cmp InBuffer, '5'Z15Z, 00011111bZ, 10000000b; Уровень = 4: cmp InBuffer, '6'Z16Z, 00011111bZ, 10100000b; Уровень = 5: cmp InBuffer, '7'Z17Z, 00011111bZ, 11000000b; Уровень = 6: cmp InBuffer, '8'R1 Z, 11100000b; Уровень = 7

ret

; - Кнопки брелка -

R1: cmp InBuffer, 'O'R2R, 1; Откл.: cmp InBuffer, 'P'EndSensorsR, 2; Охрана.:

ret

end start

Заключение

При выполнении курсового проекта на тему «Типовая микропроцессорная система охраны и сигнализации» была разработана МПС охраны и сигнализации на основе типового набора датчиков и исполнительных устройств в соответствии с выданным заданием. Особенностью управляющей программы является высокое быстродействие и малый размер занимаемой памяти. Необходимо подчеркнуть, что программа реализована с помощью 32 разрядной версии ассемблера в среде ассемблера MASM32.

Список литературы

микропроцессорный интерфейс сигнализация программа

1.Андрианов В.И. Охранные устройства для автомобилей. Справочное пособие: / Андрианов В.И., Соколов А.В. - М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ»; СПб.: ООО «Издательство Полигон», 2002. - 320 с.

2.Асмаков С.В., Пахомов С.О. Железо 2009. КомпьютерПресс рекомендует. - СПб.: Питер, 2009. - 432 с.: ил.

.Ирвин Кип. Язык ассемблера для процессоров Intel, 4-е издание.: Пер с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. - 912 с.: ил. - Парал. тит. англ.

.Корнеев В.В., Киселёв А.В. Современные микропроцессоры. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Перербург, 2003. - 448 с.: ил.

.Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов по напр. «Информатика и вычислительная техника». / Под ред. Д.В. Пузанкова - СПб.: Политехника, 2002. - 935 с.

.Организация ЭВМ. 5-е изд./ К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа ИРМб 2003. - 848 с.: ил. - (Серия «Классика computer science»).

.Пухальский Г.И. Проектирование микропроцессорных систем: Учебное пособие для вузов. - СПб.: Политехника, 2001. - 554 с.