ZAŘÍZENÍ PRO ELEKTRONICKOU VOLBU OTÁZEK U ZKOUŠKY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav radioelektroniky

ZAŘÍZENÍ PRO ELEKTRONICKOU VOLBU OTÁZEK U ZKOUŠKY bakalářská práce

Studijní obor:

Elektronika a sdělovací technika

Jméno studenta:

Petr ZELINKA

Vedoucí bakalářské práce:

Doc. Ing. Stanislav Hanus, CSc.

BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Faculty of Electrical Engineering and Communication Institute of Radio Electronics

The Device for Electronic Choice of Examination Questions Bachelor Thesis

Study Specialization:

Electronics and Communication

Author:

Petr Zelinka

Supervisor:

Dr. Stanislav Hanus

ABSTRACT The academic examination is an ordinary instrument to verify grade of students’ knowledge. Random choice of testing questions is often used to ensure objectivity and neutrality. This can be achieved by tossing papers with written numbers from a hat. Nevertheless using such method lowers seriousness of the examination act. To work out this issue, The Device for Electronic Choice of Examination Questions was designed as a target of this bachelor thesis. The device works as a specialised random-number generator. Examiner can easily set total number of questions and disallow choosing any of them. The tested student then simply puts his finger on a sensoric pad and large display shows randomly chosen number. The device forbids repeated choice of the same number. All settings are stored under several presets, so the smooth start of the examination is guaranteed. The whole system is designed as a compact tool with all necessary subsystems embedded in one enclosure. User input is possible through a sensoric keyboard, optical

and acoustic indication is provided. The device is battery-operated with built-in fast charger. The design was optimised to achieve comfortable use and high reliability together with minimal cost and difficulty of manufacturing.

Prohlášení Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma „Zařízení pro elektronickou volbu otázek u zkoušky“ jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny uvedeny v seznamu literatury na konci práce. V Brně dne 1. 5. 2006

.......................................... (podpis autora)

Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce Doc. Ing. Stanislavu Hanusovi, CSc. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce. V Brně dne 1. 5. 2006

.......................................... (podpis autora)

Obsah Úvod .............................................................................................................................2 1

Hardwarová koncepce .........................................................................................3 1.1 Klíčové prvky konstrukce ...............................................................................3 1.2 Popis schématu hlavní desky ..........................................................................4 1.2.1 Napájení ..............................................................................................4 1.2.2 Zobrazení, indikace .............................................................................7 1.2.3 Zvuk ....................................................................................................9 1.3 Popis schématu senzorové klávesnice...........................................................10 1.3.1 Systém klávesnice .............................................................................10 1.3.2 Snímací plošky ..................................................................................11

2

Mikroprocesor a ovládání .................................................................................11 2.1 Program a procesor .......................................................................................11 2.2 Nastavení přístroje před zkouškou ................................................................12 2.3 Použití přístroje při zkoušce..........................................................................13

3

Popis řídícího software ......................................................................................14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6

4

Struktura programu .......................................................................................14 Obsluha napájení ...........................................................................................15 Autokalibrace ................................................................................................15 Vyhodnocení klávesnice ...............................................................................15 Nastavení parametrů......................................................................................16 Výběr otázek .................................................................................................17

Mechanické uspořádání a výroba.....................................................................17 4.1 Výroba plošných spojů..................................................................................17 4.2 Mechanické úpravy krabičky ........................................................................18 4.3 Uspořádání dílů v krabičce, montáž..............................................................18

Závěr ..........................................................................................................................20 Seznam použité literatury a jiných zdrojů .............................................................21 Abecední seznam zkratek.........................................................................................22 Seznam příloh............................................................................................................22

1

Úvod Akademické zkoušky jsou běžným mechanismem pro objektivní posouzení úrovně znalostí studentů, kteří je podstupují. Aby bylo zkoušení nestranné, bývají otázky studentům přidělovány na základě náhodného výběru. Tento výběr je obvykle realizován taháním papírků z klobouku nebo obdobným způsobem. Je zřejmé, že organizační zabezpečení zkoušky v takovém případě nese určité známky provizornosti. Aby se dosáhlo důstojného průběhu losovací procedury a též možnosti pohodlně přednastavit parametry výběru otázek, bylo v rámci této bakalářské práce sestaveno Zařízení pro elektronickou volbu otázek u zkoušky. Přístroj funguje jako generátor náhodných čísel, která reprezentují zkouškové otázky. Uživatel má možnost zvolit celkový počet otázek, ze kterých bude vybíráno a dále libovolný počet otázek vyřadit. Při losování pak zkoušený student pouze položí prst na snímací plošku a velký sedmi segmentový displej zobrazí náhodně zvolené číslo otázky. Každému studentovi je přiděleno jiné číslo. Veškerá nastavení je možné provést pro několik předvoleb, ze kterých se pak před losováním jedna aktivuje. Celé zařízení je koncipováno jako malý přenosný celek s veškerými potřebnými systémy umístěnými v jedné krabičce. Ovládání je řešeno senzorovou klávesnicí, indikace je optická a akustická. Pro napájení je použit akumulátor, k jehož údržbě slouží vestavěná rychlonabíječka. Při návrhu byla snaha dosáhnout uživatelského komfortu a vysoké spolehlivosti při minimalizaci výrobních nákladů a dobré reprodukovatelnosti výroby.

2

1 Hardwarová koncepce 1.1

Klíčové prvky konstrukce

Jak uvádí [1], jednočipové mikropočítače jsou běžným prvkem v konstrukcích jednoúčelových řídících systémů. S ohledem na požadované funkce navrhovaného zařízení byla tedy i zde zvolena mikroprocesorová technologie. Lze tak s minimem součástek zajistit spolehlivou funkci s možností změny chování systému pouhou úpravou software. Použitím procesoru s funkcí ISP (In System Programmable) je umožněno provádět změny programu bez nutnosti vyjmutí procesoru z přístroje, což vede ke zjednodušení vývoje i zvýšení spolehlivosti zařízení. Moderní procesory jsou vyráběny s širokou škálou hardwarových periferií přímo na čipu, což je výhodné pro snížení nezbytného počtu vnějších součástek. Z řady procesorů AVR byl zvolen typ ATmega16 s ohledem na možnosti, které nabízí: -

vysoký operační výkon 1 MIPS/MHz

-

nízká celková spotřeba energie, několik úsporných režimů pro další redukci spotřeby, nízké napájecí napětí,

-

nízká pořizovací cena,

-

16 kB FLASH paměti programu, kterou lze zapisovat přímo v systému,

-

512 B datové paměti EEPROM,

-

1 kB datové paměti SRAM,

-

10-bitový A/D převodník s multiplexerem 8 kanálů,

-

PWM (pulzně-šířkový modulátor),

-

3 čítače / časovače s širokými možnosti nastavení, a další.

Mikroprocesor spolu s většinou dalších podsystémů je umístěn na hlavní desce plošných spojů (viz příloha 1). Kromě ní je v přístroji druhá deska, která tvoří senzorovou klávesnici (viz příloha 2). Mimo tyto desky je umístěna baterie napájecích akumulátorů a reproduktor, které jsou s hlavní deskou propojeny vodiči. Spojení senzorové klávesnice s hlavní deskou je realizováno zásuvnými konektory, které se automaticky spojí při sestavení krabičky přístroje.

3

1.2

Popis schématu hlavní desky

1.2.1 Napájení Vzhledem k mobilitě přístroje v něm musí být vestavěn zdroj energie. Byly zvoleny akumulátory typu NiMH. V současnosti sice nabízí lepší hustotu energie články typu Li-Ion, jsou však relativně drahé a jejich nabíjení je problematičtější. NiMH články jsou dlouhodobě snadno dostupné, což v budoucnu zajistí snadnou výměnu (až článkům použitým v přístroji dojde životnost). Navíc pro tuto technologii existují levné a kvalitní nabíjecí kontroléry. V přístroji je použita baterie tvořená 3 články velikosti AA s kapacitou 2500 mAh v sérii pro dosažení jmenovitého napětí 3,6 V. Články jsou umístěny v plastovém držáku A306913 [3], který je připevněn ke spodnímu víku přístroje. Spojení s hlavní deskou zajišťuje kablík, který se připájí do desky na pozice označené BAT+ a BAT- (viz příloha 3).

Obr. 1 Nabíjecí subsystém

Přístroj je vybaven obvody pro nabíjení vestavěného akumulátoru. Ke generování nabíjecího proudu je použit spínaný regulátor IC4 (MC34063 [13]), který pracuje v režimu Step-Down a má nastaveno proudové omezení na cca 1 A pomocí rezistorů R8 a R12, což odpovídá rychlonabíjecímu proudu akumulátorů s kapacitou 1 Ah. Menší kapacitu nelze v přístroji použít, větší ano. Jako zdroj pro nabíječku slouží běžný síťový DC adaptér s výstupem 9 V/1 A např. MW0910GS [3], který se připojí ke konektoru X1. Nabíjení je řízeno obvodem IC3 (MC33340 [19] [9]), který ukončí nabíjení (vypnutím T1 a tedy i IC1B) při detekci charakteristického ohybu v nabíjecí křivce akumulátoru [8] a nebo při překročení teploty baterie. Horní limit pro vypnutí nabíjení je nastaven na 50° C; nabíjení se nespustí, pokud je teplota nižší než 0° C. Teplota je měřena termistorem NTC (např. typ K164NK010 [3]), který je tepelně spojen

4

s akumulátory a má odpor 10 kΩ při 25° C, 3,3 kΩ při 50° C a 35,5 kΩ při 0° C. Příslušné limity jsou nastaveny rezistory R15 a R16. Vývody termistoru se pomocí kablíku přivedou na pájecí místa TM1 a TM2. Při probíhajícím nabíjení bliká dioda LED1, po ukončení nabíjení je trvale zhaslá. Blikání diody odpovídá periodickému odpojování nabíjecího proudu, což slouží obvodu IC3 pro přesné měření napětí akumulátoru. Výpočet součástek spínaného snižujícího měniče s MC34063A v obvodu nabíječky dle údajů výrobce [13]: ton VOUT + VF − Vin (min) 5 + 0,3 − 7,5 = = = 3,79 7,5 − 1,1 toff Vin (min) − Vsat (ton +t off ) =

t off =

1 1 = = 2,17 ⋅ 10− 5 s 3 f 46 ⋅ 10

t on +toff 2,17 ⋅ 10− 5 = = 4,54 ⋅ 10− 6 s ton 3 , 79 + 1 +1 toff

(1) (2)

(3)

ton = (ton +t off ) − t off = 2,17 ⋅ 10− 5 − 4,54 ⋅ 10 − 6 = 1,72 ⋅ 10 − 5 s

(4)

CT = 4 ⋅ 10− 5 ⋅t on = 4 ⋅ 10− 5 ⋅ 1,72 ⋅ 10− 5 = 6,88 ⋅ 10−10 F

(5)

I pk ( switch ) = 2 I out( max ) = 2 ⋅ 0,9 = 1,8A

(6)

Rsc =

0,3 I pk (switch )

Lmin = CO =

=

0,3 = 0,167Ω 1,8

Vin (min) − Vsat − VOUT I pk ( switch ) I pk ( switch ) (t on +t off ) 8 ⋅ Vripple ( pp )

⋅ ton (max) =

=

(7) 7,5 − 1,1 − 5 ⋅ 1,72 ⋅ 10− 5 = 1,34 ⋅ 10− 5 H 1,8

1,8 ⋅ 2,17 ⋅ 10 −5 = 1,99 ⋅ 10 − 4 F 8 ⋅ 0,7

4,7 R18  R18  = = 1,25kΩ U OUT = 1,251 +  ⇒ R19 = 6 U OUT  R19  −1 −1 1,25 1,25

(8)

(9) (10)

význam symbolů viz [13]. Byly zvoleny výchozí hodnoty: Iout = 0,9 A

Výstupní proudové omezení

f = 46 kHz

Frekvence spínání stabilizátoru

Vout = 6 V

Výstupní napětí – voleno s ohledem na úbytek na D4 pro max. 5V na akumulátorech (D4 brání vybíjení akumulátoru přes R18 a R19 ve vypnutém stavu)

5

Vin(min) = 7,5 V

Minimální vstupní napětí

Vripple = 0,5 V

Max. zvlnění výstupního napětí

R18 = 4,7 kΩ Z rovnic vyplývá: -

kapacita C9 by měla být přibližně 688 pF, bylo zvoleno 470 pF (rovnice 5),

-

rezistory pro nastavení proudového omezení by měly mít celkový odpor 0,167 Ω, což odpovídá šesti paralelním rezistorům 1 Ω (nejnižší vyráběná hodnota). Experimentálně však bylo zjištěno, že správnější hodnota je 0,5 Ω (rezistory R8, R12) (rovnice 7),

-

indukčnost L2 by měla být větší než 13,4 µH, zvoleno 220 µH (rovnice 8),

-

kapacita C14 by měla být alespoň 199 µF, zvoleno 220 µF (rovnice 9).

S napájením souvisí i funkce součástek C18, R21, R39 (viz příloha 1). Tyto tvoří odporový dělič s filtrací a přivádí podělenou hodnotu napájecího napětí na vstup A/D převodníku v procesoru, který tak má možnost hlídat stav baterie při zapnutém přístroji.

Obr. 2 Obvody řízení zapnutí a vypnutí

Přístroj se zapíná stiskem mikrospínače ZAP, který je umístěn na čelním panelu přístroje. Jeho funkce je blokována obvodem D3, R7 v době, kdy je připojen DC adaptér. IC1A slouží jako elektronický spínač, který realizuje připojování elektroniky přístroje na napájecí baterii. Při běžném provozu je tento tranzistor držen v sepnutém stavu pomocí tranzistoru T2, který je ovládán procesorem. Opětovným stiskem

6

mikrospínače dává obsluha najevo, že chce přístroj vypnout. Vypnutí je řízeno procesorem, který pomocí vnitřního pull-up rezistoru snímá stav mikrospínače ZAP. Pro vypnutí procesor uvede příslušný pin (spoj PWR) do stavu vysoké impedance, což způsobí rozepnutí T2 a tím i IC1A, který odpojí napájení. Softwarové řízení rovněž zajišťuje vypnutí přístroje při vybití akumulátoru. Použití součástek D6 a T2 zajišťuje oddělení procesoru od řídící elektrody IC1A v době, kdy je odpojeno napájecí napětí. Je tak zamezeno nežádoucímu sepnutí IC1A vlivem vnitřních ochranných diod v I/O linkách procesoru.

1.2.2 Zobrazení, indikace V souladu se zadáním je pro zobrazování čísel otázek a dalších údajů využita dvojice velkých 7-segmentových displejů DISP1 a DISP2 typu HD-AB56RD [3]. Tyto displeje obsahují v každém segmentu dvě sériově zapojené LED, mají tedy poněkud vyšší provozní napětí (cca 3,4 V), což neumožňuje provoz přímo z použité baterie. Proto je v anodách displejů zařazen zvyšující měnič s obvodem IC2 (MC34063 [13]), který má nastaveno výstupní napětí na 5 V. Je tak zajištěn konstantní jas bez ohledu na velikost napětí baterie. Výpočet součástek spínaného zvyšujícího měniče s MC34063A dle údajů výrobce [13]: ton VOUT + VF − Vin (min) 5 + 0,3 − 3 = = = 1,21 toff Vin (min) − Vsat 3 − 1,1 (ton +t off ) = t off =

1 1 = = 2,17 ⋅ 10− 5 s 3 f 46 ⋅ 10

(11) (12)

t on +toff 2,17 ⋅ 10− 5 = = 4,54 ⋅ 10− 6 s ton 3,79 + 1 +1 toff

(13)

ton = (ton +t off ) − t off = 2,17 ⋅ 10− 5 − 4,54 ⋅ 10 − 6 = 1,72 ⋅ 10 − 5 s

(14)

CT = 4 ⋅ 10− 5 ⋅t on = 4 ⋅ 10− 5 ⋅ 1,72 ⋅ 10− 5 = 6,88 ⋅ 10−10 F

(15)

t  I pk ( switch ) = 2 I out( max )  on + 1 = 2 ⋅ 0, 2 ⋅ (1, 21 + 1) = 0,88A  toff   

(16)

Rsc =

0,3 I pk (switch )

Lmin =

=

0,3 = 0,34Ω 0,88

Vin (min) − Vsat I pk ( switch )

⋅ ton (max) =

(17)

3 − 1,1 ⋅ 1,72 ⋅ 10− 5 = 2,56 ⋅ 10− 5 H 0,88

7

(18)

CO = 9 ⋅

I out ton Vripple ( pp )

= 9⋅

0,2 ⋅ 1,72 ⋅ 10− 5 = 2,14 ⋅ 10− 4 F 0,1

3,6 R9  R9  = = 1,2kΩ U OUT = 1,251 +  ⇒ R14 = 5 U OUT R14   −1 −1 1,25 1,25

(19) (20)

význam symbolů opět viz [13]. Byly zvoleny výchozí hodnoty: Iout=0,2 A

Výstupní proudové omezení

f=46 kHz

Frekvence spínání stabilizátoru

Vout=5 V

Výstupní napětí

Vin(min)=3 V

Min. vstupní napětí (odpovídá téměř vybité baterii)

Vripple=0,1 V

Max. zvlnění výstupního napětí

R9=3,6 kΩ Z rovnic vyplývá: -

kapacita C8 by měla být přibližně 688 pF, bylo zvoleno 470 pF (rovnice 15),

-

R1, R3 a R5 mají paralelně celkový odpor 0,34 Ω (rovnice 17),

-

indukčnost L1 by neměla být menší než 25,6 µH, zvoleno 330 µH (rovnice 18),

-

kapacita C5 by měla být alespoň 214 µF, zvoleno 220 µF (rovnice 19).

Obr. 3 Napájení displejů

Displej DISP1 je propojen přes omezovací rezistory přímo na I/O linky procesoru, displej DISP2 je buzen sério-paralelním převodníkem IC6 z důvodu omezeného počtu vodičů procesoru (viz příloha 1). IC6 komunikuje s procesorem po sériové sběrnici,

8

která je zároveň vyvedena na výstupní konektor X2. Tento konektor je uvažován jako nevyužitý; pokud by se v budoucnu ukázalo jako užitečné umožnit propojení např. s počítačem, je možné změnou software snadno provést rozšíření bez zásahu do hardware. Před začátkem zkoušky je nutné provést nastavení parametrů zkoušení (viz kapitola 2.2). Protože pro zobrazení hodnot nastavovaných parametrů je využit stále stejný displej, je nutné rozlišit další indikací jednotlivé parametry. K tomuto účelu je nad displejem sada LED diod LED2 až LED6; LED7 slouží k indikaci vybitého akumulátoru (viz příloha 1).

1.2.3 Zvuk Protože použitá senzorová klávesnice nenabízí mechanickou odezvu, byla pro zvýšení ergonomie použita zvuková signalizace pomocí miniaturního reproduktoru, který se přilepí ke spodnímu krytu přístroje. Reproduktor vydá jednoduché „pinknutí“ při aktivaci některé z kláves. Oproti běžně používaným piezoměničům je reproduktorem možné dosáhnout příjemnějšího zvuku a cenově nepředstavuje o mnoho větší zátěž.

Obr. 4 Buzení reproduktoru

Pro zajištění dostatečné účinnosti a laciného řešení je reproduktor buzen pulzně šířkovým modulátorem přímo z procesoru, který je proudově posílen tranzistory IC7A a IC7B. Pro omezení vysokofrekvenčního proudu je do série s reproduktorem zařazena tlumivka L3. Pro omezení zákmitů v napájecím vedení je v blízkosti tranzistorů umístěna

dvojice filtračních

kondenzátorů C21

(keramika)

a

C22

(tantal).

Experimentálně bylo ověřeno, že vysoká rychlost přepnutí tranzistorů spolu s danou velikostí sériových odporů a indukčností zajistí dostatečně nízké přepínací ztráty, proto bylo možné použít jednoduchý systém buzení (řídící elektrody tranzistorů jsou spojeny). Generování zvuků zajišťuje časovač v procesoru pracující v módu fast-PWM, jehož

9

výstup je na pinu PD7/OC2. Rozlišení modulátoru je 8 bitů a jeho rychlost odpovídá frekvenci krystalu podělené 28, tj. 43,2 kHz. Zvuková data jsou uložena ve formátu PCM v paměti programu procesoru. Zvuky jsou vzorkovány frekvencí 7200 smp/s, což je zcela dostatečné pro uvažované použití.

1.3

Popis schématu senzorové klávesnice

1.3.1 Systém klávesnice V zadání bylo zahrnuto použití snímače přiložení prstu pro aktivaci výběru otázky. V koncepci pak byl vypracován návrh jednoduchého obvodu s časovačem typu 555, který využívá změny frekvence oscilátoru vlivem přiblížení prstu ke kondenzátoru tvořenému motivem plošného spoje. Při praktických experimentech s tímto kapacitním snímačem bylo zjištěno, že pro rozpoznatelnou změnu frekvence oscilátoru stačí velmi malá snímací plocha. To vedlo k myšlence použití celé klávesnice na tomto principu. Jednotlivé kapacitní snímací plošky jsou střídavě (každá na dobu cca 6 ms) připojovány ke společnému oscilátoru tvořenému obvodem IC1 (TLC555 [18]) pomocí tranzistorů T1 až T5 (viz příloha 2). Přepínání zajišťuje procesor na hlavní desce. Výstup oscilátoru je připojen k vnějšímu vstupu 16-bitového čítače/časovače v procesoru, další vnitřní časovač pak určuje periodu snímání. Oscilátor pracuje na dostatečně vysoké frekvenci (cca 1 MHz), což umožňuje dosáhnout potřebného rozlišení softwarového čítače pro vyhodnocení malých změn frekvence pod vlivem přiblížení prstu k dané snímací plošce. Vzhledem k tomu, že vyhodnocovanou veličinou není absolutní frekvence oscilátoru, ale její relativní změna, není citlivost klávesnice ovlivněna pomalými změnami napájecího napětí, teplotou a parazitními kapacitami. Aby se omezil vliv rychlých výkyvů napájení, je oscilátor připojen na stabilizátor IC2 (LM317L [22]), který má jako vstup 5 V napětí ze zvyšujícího měniče umístěného na hlavní desce. Při tvorbě software bylo zjištěno, že frekvence oscilátoru má nezanedbatelnou závislost na počtu sepnutých segmentů displeje, pravděpodobně vlivem nedokonalé regulace použitých stabilizátorů. Pro eliminaci tohoto jevu byla zavedena účinná softwarová kompenzace (viz dále). Celý snímací systém je řešen formou plošného spoje, deska je přilepena na horním víku krabičky, s hlavní deskou je propojena dvojicí 6-pinových konektorů SKON1 a

10

SKON2. Nastavovací klávesy jsou vybaveny LED diodami LED1 až LED8, které signalizují aktivaci kláves zároveň se zazněním reproduktoru.

1.3.2 Snímací plošky Výsledný tvar snímacích plošek (viz příloha č.4) byl zvolen na základě pokusů s větším množstvím různých variant. Při testech byla porovnávána relativní změna frekvence (a tedy citlivost) a zároveň „koncentrace“ snímacího efektu jen na plochu dané klávesy, aby se minimalizovalo vzájemné ovlivňování. Ukázalo se, že původně uvažovaný hřebenovitý tvar s poměrně vysokou kapacitou má podstatně slabší odezvu na přiblížení prstu než jednoduchá obdélníková plocha obklopená „rozlitou zemí“. Použitím bezpotenciálového mezikruží mezi zemní plochou a druhou elektrodou plošného kondenzátoru dojde k dalšímu snížení kapacity, zároveň se však podstatně zlepší vymezení citlivé oblasti.

Obr. 5 Některé testované tvary plošných snímacích kondenzátorů

2 Mikroprocesor a ovládání 2.1

Program a procesor

V zařízení je použit procesor z rodiny AVR typu atmega16 [17] běžící na frekvenci 11,0592 MHz. Toto nastavení umožňuje v případě potřeby provést v budoucnu upgrade o sériovou komunikaci prostřednictvím UART s některou ze standardních přenosových rychlostí (využil by se konektor X2). Procesor je připájen na hlavní desku v mezeře pod displeji. Programování je možné přes konektor PROG na hlavní desce, který se připojí k převodníku SPI/RS232. Schéma tohoto převodníku i ovládací program lze nalézt na [10]. Vývoj software je možný ve vývojovém prostředí AVR Studio 4, které lze zdarma stáhnout z [11].

11

2.2

Nastavení přístroje před zkouškou

V příloze č. 6 je výkres nálepky, která se umístí na vrchní kryt přístroje. Ve spodní části je umístěna klávesnice přístroje, nad ní dvoumístný displej a nad displejem šest pozic pro LED diody s příslušnými popisky. Tyto popisky označují položky „hlavního menu“, které slouží uživateli k nastavení parametrů přístroje před zkouškou (LED označená „SLABÁ BATERIE“ se rozsvítí při poklesu napětí baterie pod nastavenou úroveň). Po zapnutí přístroje (stiskem mikrospínače na čelním panelu) bliká LED u popisku „PŘEDMĚT (1-8)“ a na displeji svítí číslo posledně editovaného předmětu. Pomocí šipek nahoru a dolů je možno přecházet mezi dalšími položkami. Stiskem tlačítka ENTER přejde příslušná LED do trvalého svitu a na displeji je možné pomocí šipek zvyšovat a snižovat hodnotu vybraného parametru (údaj na displeji bliká pro indikaci, že je nastavován). K ukončení editace slouží opět tlačítko ENTER, popř. STORNO (změny nebudou uloženy). Mezi položky hlavního menu patří: a)

Předmět, pro který je nastavení prováděno (na přístroji označeno „PŘEDMĚT (1-8)“). Přístroj je možné použít při více termínech, resp. zkouškách. Proto jsou všechny další parametry individuální pro každý z předmětů. Rozsah: 1-8.

b)

Celkový počet otázek pro daný předmět (na přístroji označeno „POČET OTÁZEK“). Rozsah: 1-99. Pokud byly již některé otázky vybrány či vyřazeny (viz níže), dojde při nastavení nižšího počtu otázek k výmazu těch, které přesahují nový rozsah.

c)

Informace o počtu již vybraných otázek pro daný předmět (na přístroji označeno „UŽ VYBRANÝCH“). Pokud již pro daný předmět probíhalo vybírání otázek (=zkoušení), lze při zvolení této nabídky zjistit, kolik otázek již bylo vybráno. Při editaci se pak stiskem šipek nahoru/dolů na displeji střídá tento údaj s číslem „0“ – při stisku ENTER dojde k výmazu seznamu vybraných otázek.

d)

Nabídka pro vyškrtnutí čísla otázky (na přístroji označeno „VYŘAĎ OTÁZKU“). Po zvolení čísla z rozsahu nadefinovaném v položce „počet otázek“ a stisku ENTER dojde k vyřazení zvolené otázky – při zkoušení ji nelze vybrat. Při editaci se nezobrazují čísla, která již byla vyřazena.

12

e)

Nabídka pro obnovení čísla otázky (na přístroji označeno „OBNOV OTÁZKU“). Pokud byla jedna nebo více otázek vyškrtnuty (viz předchozí položka), lze z nich jednu vybrat a stiskem ENTER ji vrátit do seznamu vybíratelných. Pokud již pro daný předmět probíhalo vybírání otázek (=zkoušení), jsou zde zahrnuty i vybrané otázky a lze tedy umožnit jejich opětovné vybrání.

Při editaci je možné využít funkce „autorepeat“ – dlouhým podržením šipky nahoru nebo dolů dojde ke zrychlení listování čísel. Pokud uživatel pomalu začne prst uvolňovat, v určitém momentu dojde k postupnému zpomalení listování. Při troše cviku tak lze dosáhnout velmi pohodlného a rychlého nastavení. Autor poznamenává, že tato funkce je na hranici hardwarových možností zařízení a je tedy možné, že nebude vždy reagovat zcela přesně. Ovládání přístroje je intuitivní a jistě nebude nikomu činit potíže. Veškerá zde uvedená nastavení jsou ukládána do EEPROM, která je součástí procesoru, a zůstávají tedy i po vypnutí přístroje.

2.3

Použití přístroje při zkoušce

Při zkoušce je jedinou funkcí přístroje reagovat na přiložení prstu na tlačítko označené „PŘILOŽ PRST“ tím, že na displeji zobrazí náhodně zvolenou otázku. Všechna ostatní tlačítka jsou ignorována, nemůže tedy dojít k žádným zmatkům. Po každém výběru je navíc odpočítáván ochranný čas cca 2 vteřiny, během něhož není možné provést další výběr. Pokud dojde k vybrání všech otázek ze seznamu, přístroj po aktivaci tlačítka „PŘILOŽ PRST“ zobrazí na displeji symbol „--“. V takovém případě je nutno změnit nastavení vstupních parametrů. Přístroj je po zapnutí v režimu zadávání vstupních parametrů. Pro přechod do režimu vybírání otázek (=zkoušení) stačí stisknout tlačítko „PŘILOŽ PRST“. Po tomto úkonu zhasnou všechny LED na horní části přístroje (kromě příp. „SLABÁ BATERIE“), přístroj na 2 vteřiny přestane reagovat, aby nedošlo k falešným výběrům otázek při manipulaci s přístrojem, a posléze je připraven k vybírání otázek. Otázky se vybírají pro ten předmět, jehož číslo bylo naposled určeno před přechodem do režimu vybírání otázek. Pro ukončení režimu vybírání otázek je nutné přístroj vypnout stisknutím mikrospínače na čelním panelu přístroje. Po opětovném zapnutí může obsluha provést veškerá nastavení včetně zjištění počtu již vybraných otázek.

13

3 Popis řídícího software 3.1

Struktura programu

Program byl napsán v jazyce Assembler. Celková velikost programu je dána 6 kB kódu a 10 kB zvukových dat. Je tedy využita celá programová paměť v procesoru (16 kB). Program se skládá z 3 základních částí: -

inicializační část,

-

hlavní smyčka,

-

obslužné podprogramy.

Úkolem inicializace je provést potřebná přednastavení integrovaných periferií, resp. jejich řídicích registrů. Jedná se o definici směru přenosu vstupně/výstupních linek, nastavení USART (sériový kanál) pro komunikaci se sério-paralelním převodníkem budícím displej, nastavení módu čítačů pro měření frekvence oscilátoru klávesnice a generování PWM a nastavení funkce A/D převodníku pro měření napětí baterie. Veškerá tato nastavení vychází z popisu v datasheetu [17]. Dále proběhne test napětí baterie a pokud je nad stanovenou mezí, pokračuje se vizuálním testem indikačních LED a displeje. Součástí tohoto testu je i autokalibrace odchylky frekvence oscilátoru způsobené odběrem displeje. Na závěr proběhne zjištění obsahu interní datové EEPROM a v případě prvního použití přístroje se provede její naformátování (zápis továrního nastavení parametrů). Úspěšná inicializace je zakončena uvítacím zvukem, po němž již může uživatel začít s přístrojem pracovat. Hlavní smyčka představuje cyklicky se opakující část programu, ve které proběhne vyhodnocení vzorku frekvence oscilátoru klávesnice (plus související činnosti), test mikrospínače ZAP a test baterie. Zároveň se měří doba nečinnosti uživatele; při dosažení cca 5 minut pak dojde k vypnutí. Smyčka je zakončena obsluhou multiplexu tlačítek klávesnice a přechodem do úsporného režimu (idle mode), ze kterého je procesor probuzen přerušením od časovače T0. Tento časovač generuje periodu snímání frekvence oscilátoru klávesnice T = 5,6 ms, což je tedy také perioda hlavní smyčky. Obslužné podprogramy zabezpečují všechny běžné činnosti přístroje. Přechod do nich je realizován jednak přerušením (generování zvuku, ukončení snímací periody T0) a jednak podmíněným voláním z hlavní smyčky resp. inicializace.

14

3.2

Obsluha napájení

V každém cyklu hlavní smyčky proběhne načtení údaje z A/D převodníku. Tento údaj odpovídá podělenému napětí baterie porovnanému s vnitřní napěťovou referencí v procesoru. Provádí se porovnání s hodnotou 3,3 V, což je mez, při které se rozsvítí indikační LED „slabá baterie“, veškeré funkce přístroje však zůstanou beze změny. Dále se provádí porovnání s hodnotou 3,0 V, což je dle údajů výrobců akumulátorů [19] nejnižší provozní napětí, při kterém je akumulátor zcela vybit. Přístroj tedy využije veškerou kapacitu akumulátorů. Při dosažení této hodnoty dojde k automatickému vypnutí přístroje. V každém cyklu hlavní smyčky se také provádí test mikrospínače ZAP. Příslušná I/O linka je nastavena jako výstupní s „měkkým“ buzením při log 1, kdy je připojen interní pull-up rezistor. Přes tento rezistor neteče žádný proud, pokud je mikrospínač rozpojen. V takovém případě je stav na tomto pinu vyhodnocen jako log 1. Pokud je však mikrospínač sepnut, dojde k přizemnění pinu a ve vstupním registru se objeví log 0. Toto je pro procesor signálem, že uživatel si přeje přístroj vypnout. Následuje pak již výše popsaná vypínací procedura.

3.3

Autokalibrace

Autokalibrace spočívá ve zjištění rozdílu frekvence oscilátoru klávesnice při zhasnutém a plně rozsvíceném displeji. Z výsledné hodnoty se vytvoří podíl odpovídající vlivu jednoho segmentu. Tato kalibrační konstanta se pak při každém měřícím cyklu vynásobí počtem svítících segmentů a přičte se k aktuálnímu vzorku frekvence klávesnice. Je tak umožněno přesnější vyhodnocování, které umožnilo mj. využít funkce autorepeat tlačítek.

3.4

Vyhodnocení klávesnice

Každému tlačítku klávesnice je přiřazen obslužný podprogram. Pokud se v hlavní smyčce zjistí, že je dané tlačítko stisknuto, dojde k volání odpovídajícího podprogramu, který již zajistí veškeré potřebné akce. Jak bylo výše uvedeno, vyhodnocování stisku tlačítek je založeno na zjišťování relativních odchylek frekvence. Za tímto účelem se pro každé tlačítko ukládá posledních 8 hodnot frekvence, z nichž se počítá průměr. Vůči tomuto plovoucímu průměru se porovnává aktuální vzorek frekvence a sleduje se rozdíl oproti „mezi stisku“ a „mezi uvolnění“. Rozmezí těchto limitů vytváří hysterezi pro zamezení chaotickému vyhodnocení. V okamžiku stisknutí tlačítka se zmrazí hodnota průměru, aby nedošlo 15

k dorovnání odchylky frekvence při delším držení prstu na plošce. Toto umožňuje detekci délky držení tlačítka a je též základem pro funkci autorepeat. Předpokládá se, že během několika vteřin, kdy je tlačítko drženo, nedojde k významné změně ostatních vlivů, které ovlivňují frekvenci oscilátoru. Toto bylo prokázáno reálnou funkčností prototypu. Po puštění tlačítka pokračuje aktualizace průměrné hodnoty frekvence. Pokud uživatel přibližuje prst příliš pomalu, nedojde k detekci stisku a je nutno pokus opakovat, při běžném používání však tento případ prakticky nenastává. Funkce autorepeat se spustí při delším podržení šipky nahoru nebo dolů při editaci některé položky. Během držení tlačítka se v takovém případě začne počítat průměr z posledních 8 vzorků frekvence, který je ale v paměti oddělen od průměru počítaného při puštěném tlačítku. Při určování „síly“ stisku je jako vztažná hodnota použita průměrná frekvence z doby od okamžiku stisku do započetí autorepeatu, která se považuje za „maximální stisk“. V této době by tedy uživatel měl tlačítko dostatečně přitisknout. Pokud je následně průměr z 8 posledních hodnot frekvence významně jiný (vyšší) než vztažná hodnota, začne se rychlost listování postupně snižovat, a to přibližně exponenciálně. Pokud se naopak průměr z 8 posledních hodnot blíží vztažné hodnotě, začne se rychlost listování postupně exponenciálně zvyšovat. Jsou definovány minimální a maximální rychlosti listování.

3.5

Nastavení parametrů

Po detekci stisku tlačítka se vyvolá příslušný podprogram jeho obsluhy. Na základě proměnných, které definují stav přístroje se provede odpovídající akce. Přístroj vychází z nastavení parametrů, které je po každé změně uloženo do interní datové EEPROM. Pro každý předmět je v paměti uložen „balíček“ bitů, který má následující strukturu: -

celkový počet otázek – 8 bitů

-

stav vybrání jednotlivých otázek – 99 bitů (1 = otázka již vybrána, 0 = ještě nevybrána)

-

stav vyřazení jednotlivých otázek – 99 bitů (1 = otázka již vyřazena, 0 = nevyřazena)

Konkrétní rozmístění jednotlivých bitů je zvoleno tak, aby bylo možné přečíst či změnit nastavení malým počtem strojových cyklů. Pro konkrétnější informace viz přiložený zdrojový kód programu.

16

3.6

Výběr otázek

V režimu vybírání otázek se při přiložení prstu na plošku „Přilož prst“ objeví na displeji náhodné číslo. Pro generování náhodných čísel je použit algoritmus LFSR [12] s 8-bitovým registrem a délkou cyklu 256. Nastavení zpětných vazeb bylo získáno odzkoušením všech kombinací pomocí makra v Excelu a vybráním vyhovující varianty. Zdrojem taktu pro tento pseudonáhodný generátor je snímací perioda klávesnice. Při přiložení prstu se zjistí aktuální číslo v generátoru a zjistí se, zda je v rozsahu počtu otázek a zda daná otázka ještě nebyla vybrána. Při nesplnění těchto podmínek se bez prodlev provede tolik cyklů generátoru, až dá použitelný výsledek. Je pochopitelně sledováno vybrání všech otázek. Protože samotný pseudonáhodný generátor má konečnou periodu, je pro dosažení naprosté náhodnosti k předvolbě generátoru v každém cyklu T0 přičtena aktuální hodnota změřené frekvence. Je tak využit fázový šum oscilátoru klávesnice, který představuje náhodný proces. Po každém výběru otázky je aktualizováno nastavení v EEPROM, takže i po vypnutí a opětovném zapnutí přístroje je možné pokračovat ve výběru.

4 Mechanické uspořádání a výroba 4.1

Výroba plošných spojů

V zařízení jsou použity dvě desky plošných spojů (hlavní deska – viz příloha č. 3, senzorová klávesnice – viz příloha č. 4). Obě jsou navrženy jako oboustranné, při návrhu bylo postupováno tak, aby desky byly vyrobitelné ve školní dílně. Jako propojek mezi vrchní a spodní stranou je užito otvorů o průměru 0,8mm opatřených pájecími ploškami, do kterých se při osazování vsune drát o příslušném průměru (běžně používaný pro rozvod telefonního vedení) a z obou stran se zapájí. Při pečlivém provedení je možné dosáhnout velmi plochého profilu propojky nad povrchem tištěného spoje. Vývodů součástek s drátovými vývody, u kterých je přístupná i vrchní strana, je též využito jako propojek. Hlavní deska je osazena jednostranně, při výrobě se tedy nanese pájecí pasta na příslušné plošky a poté se vakuovou pinzetou osadí SMD součástky. Součástky s drátovými vývody je nutné osadit až potom, neboť displeje (DISP1, DISP2) a indukčnost L2 překrývají SMD součástky. Deska senzorové klávesnice je osazena z obou stran, je tedy pro jednu stranu nutné použít kromě pájecí pasty i lepidla pro přichycení SMD součástek. Konektory SKON1 a

17

SKON2 se musí připájet ručně, a to tak, aby piny procházející skrz desku lícovaly s její vrchní plochou. Tím vznikne ze spodní strany prostor pro připájení a na vrchní straně se provede co nejplošší pájení tak, aby desku bylo možno přitisknout co nejblíže k vrchnímu krytu přístroje, kam bude posléze přilepena. Na vrchní straně jsou umístěny LED diody s omezovacími rezistory, které zapadnou do příslušných děr vyvrtaných v horním krytu (viz příloha č. 5). Školní dílna UTKO je vybavena přetavovací pecí, která se využije k připájení osazených součástek (technologie reflow soldering). Pro zhotovení osvitových předloh by vzhledem k vysoké přesnosti bylo vhodné využít fotoplotteru, který je ve školní dílně UTKO, případně nechat zhotovit předlohy v grafickém studiu.

4.2

Mechanické úpravy krabičky

Výkres mechanických úprav je uveden v příloze č. 5. Ve spodním krytu jsou vyvrtány otvory jako mřížka pro miniaturní reproduktor. Ve výkresu je také označena pozice pro přilepení reproduktoru. Magnet reproduktoru prochází otvorem v hlavní desce s plošnými spoji a končí v mezeře pod displeji. Do vrchního krytu je v souladu s výkresem nutno vyvrtat otvory pro průsvit šesti LED diod v horní části, dále propilovat otvor pro displej a ve spodní části vyvrtat otvory pro průsvit LED v klávesnici. Do otvoru pro displej se zasadí a zalepí panel z červeného plexiskla tloušťky max. 2,5mm tak, aby lícoval s vnějším povrchem krabičky. V okolí otvorů pro LED a na vnitřních stěnách těchto otvorů je vhodné nanést neprůhlednou barvu, by se světlo z LED v materiálu krabičky nerozptylovalo. Čelním panelem přístroje prochází otvory pro nabíjecí konektor, indikační LED nabíjení, UART konektor a mikrospínač pro zapnutí/vypnutí přístroje. Výrobce krabičky panel poněkud zapustil do vnitřku, což je využito pro zabránění neúmyslnému stisku mikrospínače.

4.3

Uspořádání dílů v krabičce, montáž

Pokud jsou provedeny všechny mechanické úpravy krabičky dle výkresu (příloha č. 5), je možné přistoupit k montáži přístroje. Při montáži se nejprve přilepí reproduktor ke spodnímu krytu krabičky na vyznačenou pozici tak, aby jeho magnet přesně zapadl do otvoru v hlavní desce s plošnými spoji. Plochy, kterými reproduktor dosedá na plošný spoj je nutné přelepit

18

izolační páskou. Před přišroubováním hlavní desky se provede propojení pomocí kablíku na pájecí místa REP1 a REP2. Mezi hlavní desku a každý distanční sloupek se vloží jedna podložka, z vrchní strany desky pak tři podložky pro dosažení potřebné hloubky zašroubování vrutů. Ve spodní části krabičky je ponechán prostor pro přilepení držáku akumulátorů. I zde je nutné počítat se zapojením přívodního vodiče. Zároveň s napájecím přívodem je veden i kablík pro termistor, který se přilepí na dno držáku akumulátorů tak, aby nebránil vložení článků, ale aby s nimi měl dobrý tepelný kontakt. Pokud tak již nebylo neučiněno dříve, v této chvíli je vhodné nahrát do procesoru program pomocí programovacího rozhranní. Toto vyžaduje vložení akumulátorů, odpojení případného DC adaptéru a trvalý stisk mikrospínače na čelním panelu až do dokončení přenosu. Do otvoru pro displej ve vrchním krytu přístroje se přilepí připravený plexisklový filtr (pro lepení se doporučuje použít transparentní lepidlo) – je nutné dosáhnout rovného povrchu vnější stěny krabičky, aby bylo možné později správně přilepit samolepku s popisky. Po filtru je možno přistoupit k montáži desky plošných spojů senzorové klávesnice. Tato deska se přilepí k vrchnímu dílu tak, aby LED s rezistory zapadly do předvrtaných otvorů a konektory přesně pasovaly do protikusů na hlavní desce. Senzorová klávesnice musí být přilepena dosti důkladně, aby nedocházelo k falešným aktivacím vlivem deformací při běžné manipulaci. Nerovnosti vrchní strany plošného spoje je vhodné vykompenzovat výhlubněmi v plastovém krytu. Otvory pro průsvit SMD LED diod musí být do roviny s povrchem krabičky zality rozptylovým transparentním lepidlem pro dosažení správného světelného efektu a zamezení deformace samolepky. Po zašroubování vrutů je krabička přístroje sestavena. Posledním krokem je přilepení samolepky na vrchní kryt. Samolepka má v prostoru klávesnice osm obdélníkových děr, kterými mají prosvítat LED diody skrz otvory v krytu přístroje. Aby se zamezilo prosvítání v okolí těchto děr, musí se na samolepku v prostoru děr z lepící strany nanést neprůhledná barva (např. černým lihovým fixem). Na papírovou samolepku s potiskem se ještě přilepí průhledná ochranná samolepka (pokud možno bez vzniku bublin), která chrání tisk před otěrem.

19

Závěr Na základě zvolené koncepce byl vypracován podrobný rozbor pro výrobu zařízení pro elektronickou volbu otázek u zkoušky. V souladu se zadáním zařízení umožňuje zobrazení náhodného čísla z předem definované množiny při přiložení prstu zkoušeného na snímací plošku. Veškeré parametry je možné předem nastavit pomocí jednoduchého uživatelského rozhranní. Některé významnější změny oproti původní koncepci byly provedeny za účelem dosažení optimální užitné hodnoty při zachování minimální ceny zařízení a přijatelné opakovatelnosti výroby. Byla provedena výroba funkčního prototypu a vývoj software pro řídící mikroprocesor. Prototyp je plně funkční a může být prakticky používán. Pokud by bylo zamýšleno širší použití, bylo by potřebné provést zkoušky EMC. V příloze č. 7 je uveden seznam součástek, které byly voleny zejména z katalogu GM Electronic [3] a dále ze sortimentu GES Electronic [4]. Použitou krabičku lze objednat v internetovém obchodě Alfatronic [5].

20

Seznam použité literatury a jiných zdrojů [1]

ŠUBRT, V. Aplikace jednočipových mikropočítačů INTEL. 1. vyd. Praha: Grada Publishing, 1996. 224 s. ISBN 80-85623-37-4.

[2]

JANEČEK, J. Projektování mikropočítačových systémů. 1. vyd. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1995. 132 s. ISBN 80-01-01289-1.

[3]

GM ELECTRONIC: Součástky pro elektroniku 2004. 2004.

[4]

GES electronic – elektronický katalog. [cit. 1.12.2005]. Přístup z: http://www.ges.cz

[5]

Alfatronic – elektronický katalog. [cit. 1.12.2005]. Přístup z: http://www.rsczech.com

[6]

HAMMOND MANUFACTURING – ABS Plastic - Soft Sided Hand Held Enclosures (1553 Series) [cit. 1.12.2005]. Přístup z: http://www.hammondmfg.com/1553.htm

[7]

HAMMOND MANUFACTURING – 1553DGY AutoCAD .dwg file (zipped). [cit. 1.12.2005]. Přístup z: http://www.hammondmfg.com/zip/1553D.zip

[8]

Chcete stavět nabíječku ? Část první. [cit. 26.3.2005]. Přístup z: http://www.hw.cz/docs/nabijeni/nabijeni_1.html.

[9]

Chcete stavět nabíječku ? Část druhá. [cit. 26.3.2005]. Přístup z: http://www.hw.cz/docs/nabijeni/nabijeni_2.html.

[10] PonyProg - Serial device programmer. [cit. 17.2.2005]. Přístup z: http://www.lancos.com/prog.html. [11] Atmel corporation. [cit. 1.10.2005]. Přístup z: http://www.atmel.com [12] Wikipedia, the free encyclopedia - LFSR. [cit. 1.4.2006]. Přístup z: http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_feedback_shift_register#column-one [13] ON SEMICONDUCTOR: MC34063 datasheet [14] INTERNATIONAL RECTIFIER: IRF7304 datasheet [15] INTERNATIONAL RECTIFIER: IRF7343 datasheet [16] SYNSEMI SEMICONDUCTOR: SK36A datasheet [17] ATMEL: ATmega16 complete datasheet [18] TEXAS INSTRUMENTS: TLC555 datasheet [19] ON SEMICONDUCTOR: MC33340 datasheet [20] FAIRCHILD SEMICONDUCTOR: BSS84 datasheet [21] FAIRCHILD SEMICONDUCTOR: BSS123 datasheet 21

[22] ON SEMICONDUCTOR: LM317L datasheet [23] ON SEMICONDUCTOR: 74HC595 datasheet

Abecední seznam zkratek A/D

Analog to Digital Converter – analogově číslicový převodník

D/A

Digital to Analog Converter – číslicově analogový převodník

EEPROM nonvolatilní paměťový obvod se zápisem po bajtech EMC

Electromagnetic Compatibility – elektromagnetická kompatibilita

FLASH

nonvolatilní paměťový obvod s rychlým zápisem (po blocích)

I/O

Input/Output Line – vstupně/výstupní linka

ISP

In System Programmable – procesor je možné programovat přímo v cílovém výrobku

LFSR

Linear Feedback Shift Register – posuvný registr s lineární zpětnou vazbou

Li-Ion

Lithium-Iont – lithiumiontové akumulátory

MIPS

Mega Instructions per Second – počet instrukcí za sekundu (vztahuje se k danému taktu oscilátoru mikroprocesoru)

NiMH

Nickel-Metal-Hydride – niklometalhydridové akumulátory

PCM

Pulse Code Modulation – pulzní kódová modulace

PWM

Pulse-Width Modulation – pulzně-šířková modulace

SPI

Serial Peripheral Interface

SRAM

statická datová RAM (Random Access Memory)

USART

Universal Serial Asynchronous Receiver/Transmitter

Seznam příloh Příloha č. 1:

Schéma zapojení hlavní desky

Příloha č. 2:

Schéma zapojení kapacitního snímače

Příloha č. 3:

Motiv plošného spoje hlavní desky, osazení součástek

Příloha č. 4:

Motiv plošného spoje senzorové klávesnice, osazení součástek

Příloha č. 5:

Výkres mechanických úprav krabičky

Příloha č. 6:

Výkres nálepky na krabičku

Příloha č. 7:

Seznam součástek

22

Příloha č. 1

Příloha č. 2

Příloha č. 3

Motiv vrchní strany plošného spoje hlavní desky

Motiv spodní strany plošného spoje hlavní desky

Osazení součástek hlavní desky (osazena jen vrchní strana)

Příloha č. 4

Motiv vrchní strany plošného spoje senzorové klávesnice

Motiv spodní strany plošného spoje senzorové klávesnice

Osazení součástek vrchní strany plošného spoje senzorové klávesnice

Osazení součástek spodní strany plošného spoje senzorové klávesnice

Příloha č. 6

Výkres nálepky na vrchní díl krabičky Bílé plochy budou vyříznuty. Nálepka bude umístěna tak, aby ploché čelo krabičky směřovalo nahoru.

Příloha č. 7 Označení souč. C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 C18 C19 C20 C21 C22 C23 C24 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 DISP1 DISP2 IC1 IC2 IC4 IC3 IC5 IC6 IC7 L1 L2 L3 LED1 LED2

Hodnota 100n 100n 18n 100n 220M/6,3V 100n 470M/6,3V 470p 100n 100n 10n 220M/6,3V 100n 1n 47M/25V 27p 27p 10n 100n 100n 100n CTS 4M7/10V A CTS 10M/16V B 100n SK36A SK36A 1N4148 SK36A SK36A 1N4149 1N4150 HD-AB56RD HD-AB56RD IRF7304 MC34063AD MC34063AD MC33340 MEGA16-16AU 74HC595D IRF7343 09P-331K DPU220A1 TL.1500uH L-HLMP-1301 L-424GD*G

LED3

L-424GD*G

LED4

L-424GD*G

HLAVNÍ DESKA Typ součástky kond. SMD0805 kond. SMD0806 kond. SMD0805 kond. SMD0807 elyt. kond. radiální kond. SMD0808 elyt. kond. radiální kond. SMD0805 kond. SMD0809 kond. SMD0810 kond. SMD0805 elyt. kond. radiální kond. SMD0811 kond. SMD0805 elyt. kond. radiální kond. SMD0805 kond. SMD0806 kond. SMD0806 kond. SMD0812 kond. SMD0813 kond. SMD0814 tantal. kond. SMD tantal. kond. SMD kond. SMD0815 dioda schottky SMD dioda schottky SMD dioda SMD SOD80 dioda schottky SMD dioda schottky SMD dioda SMD SOD81 dioda SMD SOD82 displej displej tranzistor IO SMD IO SMD IO SMD IO SMD IO SMD tranzistor cívka cívka cívka LED 3mm červená LED 3mm zelená dif. plochá LED 3mm zelená dif. plochá LED 3mm zelená dif. plochá

Dodavatel Skl. č.

Cena

GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GES GM GM GM GM GES

906096 906097 906103 906098 123127 906099 123151 906050 906100 906101 906089 123128 906102 906076 123094 906022 906023 906090 906103 906104 906105 907031 907117 906106 920106 920107 917001 920108 920109 917002 917003 512095 512096 915026 974001 974002 935019 958112 951140 GES04901725 611055 611129 611061 511263 GES05100082

2,50 2,50 2,50 2,50 1,00 2,50 5,00 2,00 2,50 2,50 2,50 1,00 2,50 3,00 1,00 2,00 2,00 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,90 2,50 8,00 8,00 1,50 8,00 8,00 1,50 1,50 59,50 59,50 14,00 8,50 8,50 36,00 72,00 6,50 16,34 13,50 22,00 6,00 3,00 2,54

GES

GES05100083 2,54

GES

GES05100084 2,54

LED5

L-424YD*G

LED6

L-424GD*G

LED7

L-424GD*G

PROG Q1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 R33 R34 R35 R36 R37 R38 R39 R40 R41 R42 R43 R44 SKON1 SKON2

S2G20 11.0592MHz 1R 180R 1R 1M 1R 100k 10k 1R 3k6 150k 100k 1R 680R 1k2 3k3 36k 100k 4k7 1k3 330R 100k 330R 330R 100k 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 330R 120k 330R 330R 330R 0R 10k BL220G BL220G

LED 3mm žlutá dif. plochá LED 3mm zelená dif. plochá LED 3mm zelená dif. plochá konektor krystal min. rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0806 rez. SMD0805 rez. SMD0807 rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0808 rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0806 rez. SMD0809 rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0805 rez. SMD0807 rez. SMD0805 rez. SMD0806 rez. SMD0805 rez. SMD0808 rez. SMD0806 rez. SMD0807 rez. SMD0809 rez. SMD0808 rez. SMD0809 rez. SMD0810 rez. SMD0811 rez. SMD0812 rez. SMD0813 rez. SMD0814 rez. SMD0815 rez. SMD0816 rez. SMD0817 rez. SMD0818 rez. SMD0819 rez. SMD0820 rez. SMD0821 rez. SMD0805 rez. SMD0822 rez. SMD0823 rez. SMD0824 rez. SMD0805 rez. SMD0806 konektor konektor

GES

GES05100080 2,54

GES

GES05100085 2,54

GES

GES05100086 2,54

GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM

832023 131077 901043 901026 901044 901182 901045 901172 901176 901046 901096 901017 901173 901047 901138 901031 901095 901088 901174 901115 901032 901083 901175 901084 901085 901176 901086 901087 901088 901089 901090 901091 901092 901093 901094 901095 901096 901097 901098 901099 901009 901100 901101 901102 901170 901177 832070 832071

4,00 9,90 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 9,00 9,00

T1 T2 X1 X2 ZAP

Označení souč. C1 C2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 IC1 IC2 LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6 LED7 LED8 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 SKON1 SKON2 T1 T2 T3 T4 T5

BSS123 BSS124 SCD-016 SCJ-0253A-2 TSV-B2

Hodnota

tranzistor tranzistor konektor konektor mikrospínač

GM GM GM GM GES

912057 912058 806013 809026 GES06500333

SENZOROVÁ KLÁVESNICE Typ součástky Dodavatel Skl. č.

100n kond. SMD0805 CTS 4M7/10V A tantal. kond. SMD 1N4148 dioda SMD SOD80 1N4149 dioda SMD SOD81 1N4150 dioda SMD SOD82 1N4151 dioda SMD SOD83 1N4152 dioda SMD SOD84 1N4153 dioda SMD SOD85 TLC555D IO SMD LM317LD IO SMD LED0805YELLOW60/130° LED SMD0805 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0806 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0807 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0808 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0809 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0810 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0811 LED0805YELLOW60/130° LED SMD0812 0R rez. SMD0805 220R rez. SMD0805 220R rez. SMD0806 220R rez. SMD0807 220R rez. SMD0808 220R rez. SMD0809 220R rez. SMD0810 220R rez. SMD0811 220R rez. SMD0812 8k2 rez. SMD0805 15k rez. SMD0805 15k rez. SMD0806 10k rez. SMD0805 15k rez. SMD0807 15k rez. SMD0808 15k rez. SMD0809 S2G20 konektor S2G21 konektor BSS84 tranzistor BSS85 tranzistor BSS86 tranzistor BSS87 tranzistor BSS88 tranzistor

GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM GM

906096 907031 917001 917002 917003 917004 917005 917006 930004 935003 960025 960026 960027 960028 960029 960030 960031 960032 901170 901379 901380 901381 901382 901383 901384 901385 901386 901157 002371 002372 901176 002373 002374 002375 832023 832024 912041 912042 912043 912044 912045

3,00 3,00 9,50 7,50 2,90

Cena 2,50 2,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 7,00 6,50 2,90 2,90 2,90 2,90 2,90 2,90 2,90 2,90 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 4,00 4,00 3,00 3,00 3,00 3,00 3,00

DALŠÍ SOUČÁSTKY Hodnota Typ součástky

Dodavatel

Skl. č.

GM GM GM GM GM GES ALFATRONIC železářství železářství grafické studio

540208 B-N2500AA akumulátor 819050 A306913 držák AA 118010 K164NK010 termistor 751354 MW0910GS adaptér 622164 U-KM60 filtr na displej GES07000130 SPM50/8 reproduktor 513-5319 1553-DGY krabička samořezný šroub prům. 3mm, délka 6mm podložka průměr 3mm/7mm výtisk samolepky

Počet Cena/kus Cena 3 1 1 1 1 1 1 4 16 1

85,00 255,00 8,00 8,00 12,50 12,50 132,60 132,60 17,00 17,00 21,78 21,78 320,00 320,00 0,00 0,00 0,00 0,00 20,00 20,00

Celková cena materiálu: 1477 Kč (nezahrnuje desky plošných spojů) Poznámky: -

ceny jsou platné k 1. únoru 2006, aktuální výši je nutno zjistit u dodavatelů.

-

GM značí GM Electronic, s.r.o.

-

GES značí GES-ELECTRONICS, a.s.