【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第三章 智能雨刮器的硬件組成及其芯片介紹 該 雨刮器的雨滴傳感器部分 主要由發(fā)射模塊和接收模塊 兩大模塊 組成。 而電 機部分的 主要 芯片 是四總線緩沖門 74LS125。 發(fā)射模塊 發(fā)射模塊的主要功能是為接收模塊提供足夠的光輻射通量，本設(shè)計中光源定 為 紅外線，所以發(fā)射模塊由八個紅外發(fā)射器、一個 555定時器和電阻電容元件組成。八個紅外發(fā)射管采用 4個為一組，兩組并聯(lián)的方式，由 555定時器驅(qū)動。 發(fā)射管 發(fā)射管采用西門子公司出產(chǎn)的 SFH421作為光源，實物圖如圖 210所示。峰值波長λ為 880 nm，帶寬 ? 80 nm。它具有高線性度、高可靠性、高脈沖處理能力等特點。采用 4個一組，兩組并聯(lián)的方 式，由 555定時器驅(qū)動，發(fā)出頻率為 38 kHz的紅外光。工作在 38 kHz的頻率下，采用這種方式可以減少發(fā)射電路的功耗。 由 555 定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 發(fā)射器的核心是振蕩器 ,多諧振蕩器是一種自激 振蕩電路，該電路在接通電源后無需外接觸發(fā)信號就能產(chǎn)生一定頻率和幅值的矩形脈沖或方波?？捎杉呻娐贩聪嗥?、與非門、無穩(wěn)態(tài)電路 , 555定時器等組成 . 其中 555定時器組成的振蕩發(fā)射系統(tǒng)容易起振 ,本身的輸出功率較大 ,常用其組成發(fā)射系統(tǒng) ,其芯片圖 如圖 ，原理圖如圖 ： C1 、 C2 的比較電壓分別為 32 Vcc 和 31 Vcc 。 接通電源后，電容 C被充電 ， vc 上升 ， 當(dāng)vc 上升到 32 vc c 時 ， 觸 發(fā)器被復(fù)位 ， 同時放電 BJT T導(dǎo)通 ， 此時 v0 為低電平 ， 電容 C通過 R2和 T放電 ， 使 vc 下降 。 當(dāng) vc 降到 31 vc c 時 ， 觸發(fā)器又被置位 ， v0 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器 C放電所需的時間為 ： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） CRCRt PL 22 )2ln( ?? 式 () 當(dāng) C放電結(jié)束時 ， T截止 ， vc c 將通過 R1 、 R2向電容器 C充電 ， vc 由31vc c 上升到32vc c所需的時間為 ： CRRCRRt PH )()( 2121 ???? 式 () 當(dāng) vc 上升到32vc c 時， 觸發(fā)器又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此周而復(fù)始，在輸出端就得到一個周期性的方波，其頻率為 [2]： CRRttf PHPL )2( 21 ???? 式 () 圖 多謝振蕩器電路圖 本文設(shè)計的發(fā)射模塊就是由 555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，通過式 ()、 ()、 ()計算出 R1 、 R2 和 C的值，使 555電路發(fā)出頻率為 38 kHz的脈沖波，從而驅(qū)動紅外發(fā)射管工作在 38 kHz的頻率下 。 由于 555內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電壓和溫度變化的影響很小。所以電源電壓的變化 ,對發(fā)射頻率的影響可忽略 .但對紅外光發(fā)射強度的影響不容忽略 ,須采取提高穩(wěn)定發(fā)射強度的措施 ,方法是采取恒流源技術(shù)或窄脈沖發(fā)射的措施 ,能使紅外輻射強度保持不變 [3]。本設(shè)計中采用的是恒流源技術(shù)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 555定時器原理圖 接收模塊 接收模塊是由一個紅外接收管、帶通濾波器、分頻器及 51單片機組成。 紅外接收管 紅外接收管 SFH320是西門子公司生產(chǎn)的， 外形圖 如圖 。它將接收到的紅外光脈沖信號變成電脈沖信號后送入帶通濾波器。 SFH320是 NPN型硅光電三極管。峰值波長λ為 880 nm，具有高線性度、高可靠性等特點。 圖 SFH320外形圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 帶通濾波器 帶通濾波器的作用是只允許某一段頻帶內(nèi)的信號通過，而將此頻帶以外的信號阻斷。這種濾波器經(jīng)常用于抗干擾的設(shè)備中，以便接收某一頻帶范圍內(nèi)的有效信號，而消除高頻段及低頻段的干 擾和噪聲。將低通濾波器和高通濾波器串聯(lián)起來，即可獲得帶通濾波電路。其 原理示意圖如圖 。 在圖 ，低通濾波器的通帶截止頻率為 f2 ，即該低通濾波器只允許 ff2 的信號通過；而高通濾波器的通帶截止頻率為 f1 ，即它只允許 ff1 的信號通過。現(xiàn)將二者串聯(lián)起來，且 f2 f1 ，則其通頻帶即是上述二者頻帶的覆蓋部分，即等于 f2 f1 ，成為一個帶通濾波器根據(jù)以上原理組成的帶通濾波器的典型電路見圖 。輸入端的電阻 R和電容 C組成低通電路，另一個電容 C和電阻 R2 組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運放的同相輸入端 [4]。 圖 帶通濾波器原理示意圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 圖 帶通濾波器的典型電路 為了估算方便起見，設(shè) R2 =2R， R3 =R，此時可求得帶通濾波器的電壓放大倍數(shù)為： )(1)()3( 0000 ffffjqAffffjAAA upuouou ???????。 式 () RCf π2 10 ? 式 () uouououp QAAAA ??? 3 式 () 11 RRA fuo ?? 式 () uoAQ ?? 31 式 () 本設(shè)計中選取中心頻率為 38kHz，帶寬為 100Hz，所以 Q 為 380， 選取 C，再求 R 。C 的容量不易超過 。因大容量的電容器體積大，價格高，應(yīng)盡量避免使 用。根據(jù)式取 C= F? ， ???? MRK 11 ,根據(jù)式 ()可得： K H zRRCf 12 1 60 ????? ?ππ 計算出 R=? .再 根據(jù) Ｑ 值求 和 ： 因為 f= 0f 時則uoAQ ?? 31 =380，所以內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ?uoA 。 根據(jù)與 Auo 、 、 的關(guān)系，集成運放兩輸入端外接 電阻的對稱條件，可得： 1+ 1 ?? uof ARR RRRRRR f 3//1 ???? 解得： R1 = ,Rf = 分頻器 CD4024 分頻器 CD4024是由 7級主從觸發(fā)器構(gòu)成的二進制串行計數(shù) /分頻器。 引腳圖如圖 所示。 輸出端連接 Q Q Q Q Q Q Q7就可以對輸入端 1腳的信號進行 1 3 6 128分頻。用 CD4024分頻器把由帶通濾波器輸出的脈沖信號分頻，滿足輸出脈沖信號是毫秒數(shù)量級 [5]。 因為中心頻率為 38KHz，所以本設(shè)計中選用 128分頻，使f變?yōu)?300Hz，則周期為 3ms。把雨滴傳感器單片機的定時時間選為 60ms，則最多可以測出 20個脈沖，用 60ms中脈沖的數(shù)量來確定雨量的多少：小于 3個脈沖視為無雨，沒有啟動雨刮器的必要； 3~12個脈沖為小雨，雨刮器此時工作在慢速檔； 12~20個脈沖為大雨，雨刮器工作在高速檔；大于 20個脈沖無法檢測到，也視為無雨對待。 圖 CD2042的引腳圖 80C51 芯片資料 80C51 由一個 8 位通用中央處理器、程序存儲器、隨機讀寫數(shù)據(jù)存儲器、常用外圍內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 電路等部分組成。其中 P0 口、 P2 口既可作為一般的 I/O 引腳使用；在擴展外部存儲器時， P0 口將作為低 8 位地址總線（ A7～ A0） /數(shù)據(jù)總線（ D7～ D0）使用， P2 口作為高 8位地址總線（ A15～ A8） 使用。 80C51 引腳圖如圖 所示 [6]： ALE：低八位地址鎖存信號，在訪問外部存儲器時，用 ALE 信號下降沿鎖存從 P0口輸出的低 八位地址信息 A7～ A0. ～ ：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P1 口鎖存器寫入 1，使 P1 口引腳被上拉為高電平。 、 ：除了作為一般 I/O 引腳使用外，還具有第二輸入 /輸出功能。 T2（ ）：定時器 T2的計數(shù)輸入端或定時器 T2 的時鐘輸出端。 T2EX()：定時器 T2 外部觸發(fā) 輸入端。 圖 80C51引腳圖 ～ ：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P2 口鎖存器寫入 1，使 P2 口引腳被上拉為高電平。 在讀寫外部存儲器時 ， P2 口輸出高八位地址 A15～ A8。 ～ ：內(nèi)部帶有弱上拉的雙向 I/O口，作為輸入引腳使用前，先向 P3 口鎖存器寫入 1，使 P3 口引腳被上拉為高電平。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） P3 口除了可作為一般 I/O 引腳使用外，還具有第二輸入 /輸出功能： RXD()：串行數(shù)據(jù)接收（輸入）端。 TXD()：串行數(shù)據(jù)發(fā)送（輸入）端 0INT ()：外中斷 0 輸入端。 1INT ()：外部中斷 1輸入端。 T0()：定時 /計數(shù)器 T0的 外部輸入端。 T1()：定時 /計時器 T1是的外部輸入端。 WR（ ）：外部數(shù)據(jù)存儲器的 寫選通信號，低電平有效。 RD ()：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號，低電平有效。 RST：復(fù)位信號輸入端，高電平有效。 PSEN ：外部程序存儲器讀選通信號。當(dāng)沒有外部存儲器時，該引腳懸空。 ALE：第八位地址鎖存信號。訪問外部存儲器時，用 ALE信號下降沿鎖存從 P0 口輸出的第八位地址信息 A7～ A0，以便隨后將 P0 作為數(shù)據(jù)總線使用。 ALE 只能在執(zhí)行 MOVX 指令時被激活。 EA /VPP：外部程序存儲器選擇信號，低電平有效。在復(fù)位期間 CPU 檢測并鎖存其引腳電平狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該引腳為高電平時，從片內(nèi)程序存儲器取指令，只有當(dāng)程序計數(shù)器 PC超出片內(nèi)程序存儲器地址編碼范圍時，才能到外部 ROM 中取指令；當(dāng)該引腳為低電平時，一律從外部程序存儲器中取指令。 XTAL1：片內(nèi)晶振電路反相放大器輸入端，接 CPU 內(nèi)部時鐘電路。 XTAL2：片內(nèi)晶振電路反相放大器輸出端。 四總線 緩沖門 74ls125 本設(shè)計中用三態(tài)門 74ls125 做 三態(tài)輸出四總線同相緩沖器，它 和反相驅(qū)動器 74ls06內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 控制 4 個光電隔離器和 4 個大功率場效應(yīng)管 IRF640。 74ls125 的引腳圖如圖 所示： 圖 74ls125引腳圖 三態(tài)輸出門（簡稱三態(tài)門）的電路 結(jié)構(gòu)是在普通門電路的基礎(chǔ)上附加控制電路構(gòu)成的。三態(tài)門的功能表如表 所示 ： 表 三態(tài)門的功能表 輸 入 輸 出 EN A Y 0 0 0 0 1 1 1 0 高阻態(tài) 1 1 高阻態(tài) 從 表 中 可以看出，在三態(tài)使能端 EN的控制下，輸出端 Y 有三種可能出現(xiàn)的狀態(tài)，高阻態(tài)、關(guān)態(tài)（高電平）、開態(tài)（低電平）。當(dāng) EN=“1”時，電路輸出 Y 呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，當(dāng) EN =“0”時，實現(xiàn) Y=A 的邏輯功能，即 EN為低電平有效。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 智能雨刮器硬件設(shè)計 智能雨刮器的結(jié)構(gòu)框圖 智能雨刮器系統(tǒng)由單片機、直流電動機、雨滴傳感器及雨刷等組成。智能雨刮器的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 雨 滴 傳感 器5 1 單 片機到 位 信 號雨 刷 電 機雨 刷 圖 雨滴傳感器的硬件設(shè)計 雨滴傳感器部分，由 555 定時器構(gòu)成的多謝振蕩器對紅外發(fā)射管進行驅(qū)動，再由接收管接收，這樣就構(gòu)成一個光電傳感器。把光電傳感器的信號經(jīng)帶通濾波器把信號頻率限制在 38KHz 左右，再經(jīng)分頻器進行 128 分頻，使脈沖信號變?yōu)楹撩霐?shù)量級。如此構(gòu)成的硬件圖如圖 ： 電機控制的硬件設(shè)計 80c51 單片機的 P0口的 、 及 、 74LS125和反向驅(qū)動器 74LS04 控制 4個光電隔離器和 4個大功率場效應(yīng)開關(guān)管 IRF640。 下面舉例說明此電路對 電機 A的控制過程 :當(dāng)單片機經(jīng) P0接口輸出 12H控制模型時，由于鎖存器 74LS125 中的三態(tài)門 1 是打開的，所以光電隔離器 LEI1 導(dǎo)通并發(fā)光，光敏三極管輸出為高電平，因而使大功率場效應(yīng) 開關(guān) 管 IRF640（ v1）導(dǎo)通。同理， 74LS125 中內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 的 三態(tài)門 4輸出為 高電平， 因此光電隔離器