【正文】 統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 2． 1 自動(dòng)窗簾總體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)是 基于單片機(jī)的遙控窗簾，采用 8 位的 AT89S52 單片機(jī)做控制器，程序采用 C 語(yǔ)言編程。利用直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)控制窗簾的開關(guān)。直流電機(jī)用 專用驅(qū)動(dòng)集成電路 L298N 驅(qū)動(dòng) ， L298N 屬于 H 橋集成電路，輸出電流大，功率強(qiáng)，最大輸出功率達(dá) 200W。 用單片機(jī)通過光耦 TLP5214 控制芯片 L298N 的使能端 ENABLEA 和輸入端 IN IN2，達(dá)到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的目的。這就完成了電 — 光 — 電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。 無線遙控 是由 PT2262/PT2272 編碼解碼芯片組成的無線發(fā)送接收模塊，通過 PT2272 接收輸出端 D0、 D D D3 輸出信號(hào)控制單片機(jī)，再利用單片機(jī)控制 L298N 來控制直流電機(jī)。利用霍爾傳感器和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 來實(shí)現(xiàn)窗簾的防過卷，將磁鋼吸附在直流電機(jī)拖動(dòng)的轉(zhuǎn)盤上做為磁場(chǎng)源，當(dāng)霍爾器件所在位置的磁場(chǎng)尚未達(dá)到工作點(diǎn)之前，器件以高電平輸出，當(dāng)磁場(chǎng)增強(qiáng)到工作點(diǎn) ( Bop ) 時(shí)，霍爾片輸出的電壓 UH 經(jīng)差分放大器放大后，送至施密特觸發(fā)器，使之翻轉(zhuǎn)導(dǎo)通，從而使門電路輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，高低電平的變化給計(jì)數(shù)器 T0 一個(gè)外部脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次。 2． 2 按鍵控制模塊 對(duì)應(yīng)于硬件電路，從上到下。按鍵分別 為 K1 表示按鍵作為外部中斷 0 的河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 7 觸發(fā)脈沖、 K2 表示外部中斷 1 的觸發(fā)脈沖 和 K3 表示 P10 按鍵停止 。 作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，按鍵能實(shí)現(xiàn)執(zhí)行電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止的功能。其中，按鍵 K1（ 外部中斷 0 的觸發(fā)脈沖 ） 按下后，程序執(zhí)行外部中斷 0 的中斷服務(wù)程序。按鍵 K2（ 外部中斷 1 的觸發(fā)脈沖 ） 按下后，程序執(zhí)行外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序。 按鍵 K3（對(duì)應(yīng)于 P10 口）按下后，電機(jī)即停止正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，也即 停止窗簾的移動(dòng)。 3 無線遙控 模塊 無線遙控模塊采用 PT2262/PT2272 編碼解碼芯片做成的無線發(fā)送接受模塊。編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對(duì)后， VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會(huì)連續(xù)發(fā)射。當(dāng)發(fā)射機(jī)沒有按鍵按下時(shí)， PT2262 不接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當(dāng)有按鍵按下時(shí)， PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng) 17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號(hào)，當(dāng) 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262 的 17 腳輸出的數(shù)字信號(hào)，從而對(duì)高頻電路完成幅度鍵控（ ASK 調(diào)制）相當(dāng)于調(diào)制度為 100％的調(diào)幅。 PT2262/PT2272 特點(diǎn) ： (a)、 CMOS 工藝制造，低功耗 (b)、 外部元器件少 (c)、 RC 振蕩電阻 (d)、 工作電壓范圍寬： 2。 615v (e)、 數(shù) 據(jù)最多可達(dá) 6 位 (f)、 地址碼最多可達(dá) 531441 種 在通常使用中，一般采用 8 位地址碼和 4 位數(shù)據(jù)碼，這時(shí)編碼電路PT2262 和解碼 PT2272 的第 1～ 8 腳為地址設(shè)定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)， 3 的 8 次方為 6561，所以地址編碼不重復(fù)度為 6561 組，只有發(fā)射端 PT2262 和接收端 PT2272 的地址編碼完全相同，才能配對(duì)使用，遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時(shí)遙控模塊的 PT2262 和 PT2272 的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編 碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將 PT2262 和 PT2272 的 1～ 8 腳設(shè)置相同即可，例如將發(fā)射機(jī)的 PT2262 的第 1 腳接地第 5 腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機(jī)河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 8 的 PT2272 只要也第 1 腳接地第 5 腳接正電源，其它引腳懸空就能實(shí)現(xiàn)配對(duì)接收。當(dāng)兩者地址編碼完全一致時(shí)，接收機(jī)對(duì)應(yīng)的 D1～ D4 端輸出約 4V 互鎖高電平控制信號(hào)，同時(shí) VT 端也輸出解碼有效高電平信號(hào)。用戶可將這些信號(hào)加一級(jí)放大，便可驅(qū)動(dòng)繼電器、功率三極管等進(jìn)行負(fù)載遙控開關(guān)操縱。 使用過程中，我們將 GND 端接地， Vss 接 +5V 電源 ， D0、 D D D3 分別引到單片機(jī)的引腳上， VT 不用懸空。當(dāng)遙控發(fā)送模塊按下按鍵 A 時(shí)，可以用萬用表測(cè)得 D0 對(duì)應(yīng)的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。同樣地，當(dāng)遙控發(fā)送模塊按下按鍵 B 時(shí)，可以用萬用表測(cè)得 D1 對(duì)應(yīng)的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)遙控發(fā)送模塊按下按鍵 C 時(shí)，可以用萬用表測(cè)得 D2 對(duì)應(yīng)的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。當(dāng)遙控發(fā)送模塊按下按鍵 D 時(shí)，可以用萬用表測(cè)得 D3 對(duì)應(yīng)的引腳由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。 我們可以根據(jù)電平的變化，來控制相關(guān)模塊。 驅(qū)動(dòng)模塊 恒壓恒流橋式 2A 驅(qū)動(dòng)芯片 L298NL298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見的是15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。 L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 L298N 可接受標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平信號(hào) VSS， VSS 可接 4． 5～ 7 V 電壓。 4腳 VS 接電源電壓， VS 電壓范圍 VIH 為＋ 2． 5～ 46 V。輸出電流可達(dá) 2． 5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。 1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。 L298 可驅(qū)動(dòng) 2 個(gè)電動(dòng)機(jī)， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 5， 7， 10， 12 腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 EnA， EnB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。表 1 是 L298N 功能邏輯圖。 河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 （ 1）虛線框圖 1 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)， U1A， U2A 是比較器， VI來自爐體壓強(qiáng)傳感器的電壓。當(dāng) VI＞ VRBF1時(shí)， U1A 輸出高電平， U2A 輸出高電平經(jīng)反相器變 為低電平，電機(jī)正轉(zhuǎn)。同理 VI＜ VRBF1時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。電機(jī)正反轉(zhuǎn)可控制抽氣機(jī)抽出氣體的流量，從而改變爐體壓強(qiáng)。 （ 2）虛線框圖 2 中， U3A， U4A 兩個(gè)比較器組成雙限比較器，當(dāng) VB＜ VI＜ VA時(shí)輸出低電平，當(dāng) VI＞ VA， VI＜ VB時(shí)輸出高電平。 VA， VB是由爐體壓強(qiáng)轉(zhuǎn)感器轉(zhuǎn)換電壓的上下限，即反應(yīng)爐體壓強(qiáng)控制范圍。根據(jù)工藝要求，我們可自行規(guī)定 VA， VB的值，只要爐體壓強(qiáng)在 VA， VB 所確定范圍之間電機(jī)停轉(zhuǎn)（注意 VB＜ VRBF1＜ VA，如果不在這個(gè)范圍內(nèi)，系統(tǒng)不穩(wěn)定）。 （ 3）虛線框圖 3 是一個(gè)長(zhǎng)延時(shí)電路。 U5A 是一 個(gè)比較器， Rs1 是采樣電阻， VRBF2是電機(jī)過流電壓。 Rs1上電壓大于 VREF2，電機(jī)過流， U5A 輸出低電平。由上面可知，框圖 1 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，框圖 2 控制爐體壓強(qiáng)的紋波大小。當(dāng)爐體壓強(qiáng)太小或太大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到兩端固定位置停止，根據(jù)直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方程 [3]： U＝ CeФN ＋ RaIa 其中 :Ф 為電機(jī)每極磁通量； Ce為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)； N 為電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)； Ia為電樞電流；Ra電樞回路電阻。 電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) N 為 0，電機(jī)的電流急劇增加，時(shí)間過長(zhǎng)將會(huì)使電機(jī)燒壞。但電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)中線圈中的電流也急劇變大，因此我們必須把這兩種狀態(tài)分 開。長(zhǎng)延時(shí)電路可把這兩種狀態(tài)區(qū)分出來。長(zhǎng)延時(shí)電路工作原理：當(dāng) Rs1過流 U5A 產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)過微分后，脈沖觸發(fā) 555 的 2 腳，電路置位， 3 腳輸出高電平，由于放電端 7 腳開路， C1， R5及 U6A 組成積分器開始積分，電容 C1上的充電電壓線性上升，延時(shí)運(yùn)放積分常數(shù)為 100R5C1。當(dāng) C1上充電電壓，即 6 腳電壓超過 2／ 3 VCC， 555 電路復(fù)位，輸出低電平。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間一般小于 0． 8 s， C1 充電時(shí)間一般為 0． 8～ 1 s。 U5A 輸出電平與 555 的 3 腳輸出電平經(jīng) U7 相或，如果U5A 輸出低電平大于 C1充電時(shí)間， U7 在 C1充電后輸出低電平由與門 U8 輸入到L298N 的 6 腳 ENA 端使電機(jī)停止。如果 U5A 的輸出電平小于 C1充電時(shí)間， 6 腳不動(dòng)作電機(jī)的正常啟動(dòng)。長(zhǎng)延時(shí)電路吸收電機(jī)啟動(dòng)過流電壓波形，從而使電機(jī)正常啟動(dòng)。 下圖是其引腳圖： 河南理工大學(xué)本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 10 15 腳是輸出電流反饋引腳，其它與 L293 相同。在通常使用中這兩個(gè)引腳也可以直接接地。上圖是其與 51 單片機(jī)連接的電路圖。 應(yīng)用時(shí)，我們將 Vss和 Vs 引腳都接 +5V。用 ENA選擇使用第一組輸入 ININ2。 GND 和 SENSE A 和 SENSE B 接地。 IN IN2 從光耦的發(fā)射極 引出。 Output 1 和 Output 2 受 IN1 和 IN2 的控制，做輸出端控制直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。 霍爾傳感器測(cè)量模塊 根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的霍爾傳感器不僅可以用于磁場(chǎng)的測(cè)量 ， 大量的還是以磁場(chǎng)為工作媒體 ， 將物體的多種運(yùn)動(dòng)參量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵?，