【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 入 開(kāi)關(guān)三極管繼電器控制電機(jī)蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8第三章 硬件設(shè)計(jì) 主控板部分主控制板主要是用來(lái)采集開(kāi)門、關(guān)門的按鍵信號(hào)以及電動(dòng)移門的當(dāng)前狀態(tài)信號(hào)和傳感器模塊的開(kāi)關(guān)信號(hào)，同時(shí)擁有控制與驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)與開(kāi)關(guān)的功能和顯示電動(dòng)移門當(dāng)前狀態(tài)的功能?？梢赃@么打個(gè)比方主控板相當(dāng)于電動(dòng)移門防夾系統(tǒng)的大腦。因此至關(guān)重要。圖 控制器模塊實(shí)物圖 器件選型與簡(jiǎn)介微控制器：該電動(dòng)門控制器選用的微控制器是 STC89C52RC，指令上完全兼容 8051 系列，具備512B 的 RAM，8KB FLASH 程序存儲(chǔ)器，具備看門狗、P4 口、第三個(gè)定時(shí)器、ISP 等擴(kuò)展功能，在 5V 電壓下其最高頻率可達(dá) 80MHz，這里選用其的主要考量在于兩點(diǎn)：1 是它具備比 AT89S52 系列更好的抗干擾能力；2 是它蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9的加密功能較為完善，有利于開(kāi)發(fā)者保護(hù)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)。圖 STC89C52RC 引腳圖單片機(jī)上電后的 P1/P2/P3/P4 為準(zhǔn)雙向口/弱上拉（傳統(tǒng)的 8051 的 I/O 口）而 P0 口上電復(fù)位后是開(kāi)漏輸出，在做 I/O 口時(shí)需要上拉電阻，而做總線擴(kuò)展時(shí)不需要上拉電阻，由于本設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)中只需要 I/O 口，而 P0 口需要上拉電阻，為了節(jié)約材料只采用P1/P2/P3/P4 口。如下圖所示準(zhǔn)雙向口：圖 準(zhǔn)雙向口蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10STC89C52RC 復(fù)位模式有四種模式，分別為外部 RST 引腳復(fù)位，軟件復(fù)位，上電復(fù)位/掉電復(fù)位，看門狗復(fù)位。這里我們采用外部 RST 引腳復(fù)位，簡(jiǎn)單實(shí)用。 整個(gè)模塊設(shè)計(jì)與分析控制板部分原理圖： ?Y二*es圖 單片機(jī)控制板部分設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要就是利用單片機(jī)的 IO 口做一些簡(jiǎn)單的連線，原理圖中晶振上下方的為起振電容，起振電容的容值大小取決于晶振的頻率。電容的選擇如下表：圖 晶振與匹配電容電阻列表因?yàn)閱纹瑱C(jī)的管腳初始狀態(tài)時(shí)為高電平，所以按鍵接口接地。同時(shí)也引出了一排插針用來(lái)處理單片機(jī)接受的開(kāi)關(guān)信號(hào)而這些信號(hào)主要來(lái)自于三個(gè)傳感器模塊以及電動(dòng)移門的開(kāi)啟與關(guān)閉狀態(tài)的反饋開(kāi)關(guān)量，以及電機(jī)控制端口。這些端口設(shè)計(jì)與連接共同組成了防夾門系統(tǒng)。其上有三個(gè)按鈕分別為開(kāi)門狀態(tài)按鈕關(guān)門狀態(tài)按鈕以及停止按鈕。分別控制移門的開(kāi)，關(guān)，停。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11 對(duì)射紅外檢測(cè)部分紅外對(duì)射檢測(cè)模塊的功能主要是采集防夾門中的開(kāi)關(guān)信號(hào)，比如當(dāng)有人和物體在門中停留或行走時(shí)會(huì)擋住紅外對(duì)射的路線從而檢測(cè)到開(kāi)關(guān)信號(hào)，總而言之其主要是起到一個(gè)檢測(cè)防夾門內(nèi)是否有人和物的一個(gè)功能，有人或物的話會(huì)輸出一個(gè)開(kāi)關(guān)量給單片機(jī)。圖 對(duì)射紅外識(shí)別模塊實(shí)物圖 對(duì)射紅外檢測(cè)模塊采用的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介首先選擇了一對(duì)紅外對(duì)射傳感器，選擇了一片 LM393 做電壓比較器，和一個(gè)電位器做分壓作用。而 LM393 是一個(gè)雙電壓比較器。LM393 優(yōu)勢(shì)：。LM393 特點(diǎn)：.電源電壓范圍寬: .差模輸入電壓范圍等于電源電壓。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12單電源: to 36V .飽和電壓低 50mv at 4mA雙電源:士 to 士 18 V .輸出電平兼容性強(qiáng).電源電流消耗很低()。.輸入偏置電流低:25nA.輸入失調(diào)電流低:士 5 nA.最大輸入失調(diào)電壓:士 3mV.輸入共模電壓范圍接近地電平。圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 對(duì)射紅外檢測(cè)模塊的組成 圖 紅外對(duì)射管原理圖CGND10R26esK7二*38LM9OPAHadr?Zn蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13當(dāng)對(duì)射管中間無(wú)任何物體時(shí)紅外接收管接收到光信號(hào)產(chǎn)生反向的漏電流則經(jīng)過(guò)電壓比較器則正向電壓端的電壓大于反向端的電壓則輸出經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管產(chǎn)生正 的高電平輸入單片機(jī)，當(dāng)中間有人或物擋住接收管得光照時(shí)則電壓比較器的反向端的電壓大于正向端的電壓則穩(wěn)壓管反向?qū)▌t輸出約為 0v 的低電平到單片機(jī)中。而我采用的 LM393 驅(qū)動(dòng)方式是驅(qū)動(dòng) TTL 的方式這里還有多種驅(qū)動(dòng)方式可以一起總結(jié)為以下幾種關(guān)于 LM393 外部驅(qū)動(dòng)電路的組成方式。圖 各種 LM393 外圍驅(qū)動(dòng)電路而我采用的是基本比較式的電路。以此來(lái)調(diào)節(jié)紅外對(duì)射檢測(cè)模塊的檢測(cè)距離同時(shí)信號(hào)的放大。 與控制器接線設(shè)計(jì) 通過(guò) 2 腳插針用杜邦線與單片機(jī)的 IO 口相連，從而使端口輸出高低電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊熱釋電紅外檢測(cè)模塊檢測(cè)的主要功能是用來(lái)檢測(cè)一段范圍內(nèi)是否有人體活動(dòng)，若是有人體活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并送給單片機(jī)，與對(duì)射紅外、微波接近相輔相成，提高防夾功能的安全性。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14圖 熱釋電紅外人體識(shí)別模塊實(shí)物圖 器件選型與簡(jiǎn)介主要器件為傳感器 PIR D203S 與菲涅爾透鏡及 bis0001 芯片。由這幾個(gè)元器件而組織搭起來(lái)的電路。PIR D203S 簡(jiǎn)介與主要特性圖 PIR 介紹蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15特點(diǎn)： 部噪聲的高抗擾度 靈敏度（500K,1HZ,1HZ） (標(biāo)準(zhǔn)值)視域 45 度光學(xué)濾波器 5 微米的波通電極 （*）*2電源電壓 2 到 15V工作溫度 40 到 70 攝氏度儲(chǔ)存溫度 40 到 85 攝氏度菲涅爾透鏡的簡(jiǎn)介與主要特征：視野廣闊可靠性能強(qiáng)的特點(diǎn)。圖 透鏡范圍介紹BIS0001 選型與簡(jiǎn)介：特點(diǎn)：CMOS 數(shù)?；旌蠈Ｓ秒娐?，具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理，雙向鑒幅器可以有效的抑制干擾，內(nèi)設(shè)延時(shí)時(shí)間計(jì)時(shí)器和封鎖時(shí)間計(jì)時(shí)器，結(jié)構(gòu)新穎穩(wěn)定可靠調(diào)節(jié)范圍寬，內(nèi)置參考電源，工作范圍寬+3v~+5v。采用 DIP 16 腳封裝。封裝圖如下所示：蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16圖 原理圖其內(nèi)部原理框圖如下圖所示：圖 內(nèi)部原理圖上圖 bis0001 紅外信號(hào)處理的原理框圖，外接元件可自由選擇。由上圖可看出 BISS0001 是由運(yùn)算放大器，電壓比較器和狀態(tài)控制器，延遲時(shí)間計(jì)時(shí)器，封鎖時(shí)間計(jì)時(shí)器及參考電壓源等構(gòu)成的數(shù)?；旌蠈Ｓ脵C(jī)體電路，可廣泛應(yīng)用于多種感測(cè)器和延時(shí)控制器。其引腳功能如下所示：VDD 工作電源正端范圍 3~5v。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17VSS 工作電源負(fù)端，一般接 0v。IB運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端。經(jīng) RB 接 VSS 端，RB 取 1MΩ 左右。1in 第一級(jí)運(yùn)算放大器反向輸入端。1in+ 第一級(jí)運(yùn)算放大器的同向輸入端。1out 第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。2in 第二級(jí)運(yùn)算放大器的反向輸入端。2out 第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端。Vc 觸發(fā)禁止端。當(dāng) Vc 小于 Vr 時(shí)禁止觸發(fā)：當(dāng) vc 大于 vr 時(shí)允許觸發(fā)。Vr 大概約等于。Vrf 參考電壓及重定輸入端。一般接 vdd，接“0”時(shí)可以使計(jì)時(shí)器復(fù)位。A 可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)端。當(dāng) A=“1”時(shí)允許重復(fù)觸發(fā)，當(dāng) A=“0”時(shí)不允許重復(fù)觸發(fā)。V0 控制信號(hào)輸出端，由 V5 的上跳變沿觸發(fā)使 V0 從低電平跳到高電平時(shí)為有效觸發(fā)，在輸出延時(shí) TX 之處和 V5 無(wú)上跳變時(shí) V0 為低電平狀態(tài)。RR1RC1 輸出延時(shí)時(shí)間 TX 調(diào)節(jié)端。TX 約等于 19152R1C1。RR2RC2 觸發(fā)封鎖時(shí)間 TI 的調(diào)節(jié)端。TI 約等于 24R2C2。我們來(lái)用下圖來(lái)簡(jiǎn)單明了的說(shuō)明在不可觸發(fā)方式下的 BISS 0001 的工作過(guò)程及各點(diǎn)波形。圖 不可觸發(fā)方式下的各點(diǎn)工作波形圖首先我們根據(jù)需要，利用 OP1 組成傳感信號(hào)的預(yù)處理電路，將信號(hào)放大。然后綜合蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18給運(yùn)算放大器 OP2，再進(jìn)行第二級(jí)放大，同時(shí)將直流電位抬高為 VM（VM 約等于 ）后，送到由比較器 COP1 和 COP2 組成的雙向鑒幅器后，檢出有效觸發(fā)信號(hào) VS。由于 VH 約等于 ,VL 約等于 ，所以當(dāng) VDD=5v 時(shí)可以有效的解決正負(fù) 1v 的外部信號(hào)干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。COP1 是一個(gè)條件比較器，當(dāng)輸入電壓 VC 小于 VR 時(shí) COP1 輸出為低電平封住了 U2，此時(shí)若要有觸發(fā)信號(hào)的上跳變沿的到來(lái)，可啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間計(jì)時(shí)器，同時(shí) VS 端輸出為高電平進(jìn)入延時(shí)周期。當(dāng)”A”接 0 電平時(shí)，在 TX 時(shí)間內(nèi)任何 V2 的變化都可被忽略，直至 TX 時(shí)間結(jié)束，即所謂不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。當(dāng) TX 時(shí)間結(jié)束時(shí)，V2下跳回低電平，從而啟動(dòng)封鎖時(shí)間計(jì)時(shí)器而進(jìn)入封鎖周期 TI。在 TI 周期范圍內(nèi)任何 V2變化都不能使 V0 為有效狀態(tài)。這一功能設(shè)置可有效抑制負(fù)載切換過(guò)程中產(chǎn)生的各種干擾。如下圖所示為可觸發(fā)方式下各點(diǎn)的變化波形。來(lái)形象的體現(xiàn)了 BISS 0001 在可觸發(fā)工作方式下的工作過(guò)程。圖 可觸發(fā)方式下各點(diǎn)變化波形圖在 VC=0 或 A=0 期間，V5 不能觸發(fā) V0 為有效狀態(tài)。在 VC=A=1 時(shí)，V5 可重復(fù)觸發(fā) V0為有效狀態(tài)，并在 TX 周期范圍內(nèi)一直保持有效狀態(tài)。在 TX 時(shí)間內(nèi)，只要有 V5 的上跳變，則 V0 將從 V5 上跳變時(shí)刻算起繼續(xù)延長(zhǎng)一個(gè) TX 周期 1，若 VS 保持“1”的狀態(tài)，則 V0 一直保持“0”的狀態(tài)，則在 TX 周期結(jié)束后 V0 恢復(fù)為無(wú)效狀態(tài)，并且在封鎖周期 TI 時(shí)間蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19內(nèi)任何 VS 變化都不能觸發(fā) V0 為有效狀態(tài)。這是關(guān)于 biss0001 的工作方式與內(nèi)部工作狀態(tài)的介紹。下面是 BISS0001 的極限參數(shù)（VSS=0v） 到+6v； 到+6v（VDD=6V） ；各引出端最大電流正負(fù)10mA（VDD=5V） ；工作溫度范圍10 度到正 70 度；存放溫度負(fù) 65 度到正 150 度；以下圖來(lái)表示其電氣參數(shù)：圖 電氣常數(shù)綜上所述為紅外 ic 處理芯片的具體介紹。 電路的組成與簡(jiǎn)介熱釋電紅外人體檢測(cè)模塊主要是由紅外處理 IC 芯片及熱釋電 PIR 及菲涅爾透鏡組成。三個(gè)部件在電路組成中起到極高的作用下面如圖所示是其原理圖模塊。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20A1V02R3C456S7vref/st89IBDouin+OUTGK?apF 圖 熱釋電紅外人體識(shí)別模塊原理圖PIR 的檢測(cè)紅外波長(zhǎng)約為 到 20 微米，而人體紅外波長(zhǎng)約為 7 到 10 微米，所以我們還需要在 PIR 前加一菲涅爾透鏡來(lái)解決這一問(wèn)題，而原理圖采用可觸發(fā)方式實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用第一級(jí)運(yùn)算放大器采取傳感器帶來(lái)的模擬量進(jìn)行前置放大然后經(jīng)過(guò) OP2 的第二級(jí)放大經(jīng)過(guò)送到由比較器 COP1 和 COP2 組成的雙向鑒幅器后，檢出有效觸發(fā)信號(hào) VS。同時(shí)通過(guò)延時(shí)器組成了熱電釋人體識(shí)別的的電路。 微波接近式檢測(cè)部分 微波接近式檢測(cè)主要是用來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)移動(dòng)的人體物體的功能，我們將其放置門內(nèi)與紅外對(duì)射功能相輔相成應(yīng)，由于其抗干擾能力強(qiáng)從而保障了電動(dòng)移門防夾的安全性。由于金屬對(duì)其有屏蔽作用這一弱點(diǎn)，為解除這種隱患與另外兩種檢測(cè)模塊相結(jié)合從而保障提高了電動(dòng)移門的安全性。蘇州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21 器件選型與簡(jiǎn)介產(chǎn)品簡(jiǎn)介： 接近傳感器 TRIS972，基于多普勒技術(shù)原理，采用微波專用微處理器、平面型感應(yīng)天線、進(jìn)口元器件,不但檢測(cè)靈敏度度高，探測(cè)范圍寬，而且工作非?？煽?，一般沒(méi)有誤報(bào)，能在15～+60 度的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，是以往紅外線、超聲波、熱釋電元件組成的報(bào)警電路