【文章內(nèi)容簡介】 端注解 表 引腳 名稱 I/O 功能說明 1 A I 可重復觸發(fā)和不可重復觸發(fā)選擇端。當 A 為“ 1”時， 允許重復觸發(fā)；反之，不可重復觸發(fā) 2 VO O 控制信號輸出端。由 VS 的上跳變沿觸發(fā)，使 Vo 輸出從 低電平跳變到高電平時視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時間 Tx之外和無 VS 的上跳變時， Vo 保持低電平狀態(tài)。 3 RR1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 4 RC1 輸出延遲時間 Tx的調(diào)節(jié)端 5 RC2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調(diào)節(jié)端 6 RR2 觸發(fā)封鎖時間 Ti 的調(diào)節(jié)端 7 VSS 工作電源負端 8 VRF I 參考電壓及復位輸入端。通 常接 VDD，當接“ 0”時可 使定時器復位 9 VC I 觸發(fā)禁止端。當 VcVR 時禁止觸發(fā)；當 VcVR 時允許 觸發(fā) (VR≈ ) 10 IB 運算放大器偏置電流設置端 11 VDD 工作電源正端 12 2OUT O 第二級運算放大器的輸出端 13 2IN I 第二級運算放大器的反相輸入端 14 1IN+ I 第一級運算放大器的同相輸入端 15 1IN I 第一級運算放大器的反相輸入端 16 1OUT O 第一級運算放大器的輸出端 圖 22 內(nèi)部原理圖和外部引 腳 第 5 頁 共 32 頁 單片機 的選擇 單片機作為小型設計的 CPU 具有體積小、易于編程、價格低廉、外部電路簡單、功能強大等 優(yōu)點。目前市場上單片機的種類繁多，功能也多樣化；本次設計主要是針對電機控制和信號采集，因此選用 MCS51 系列 的單片機，本次設計選用一 片 STC89C52RC 單片機 。 STC89C52RC 是 STC 公司 研發(fā) 生產(chǎn)的一種 功耗低 、 性能卓越的 CMOS8 位單片微型計算機 ， 擁有 8K 在 系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52RC 使用 最早由 Intel 推出的 經(jīng)典的 MCS51 內(nèi)核，但 是在其基礎上 做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng) 51 單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供 高效 、 靈活 的解決方案。 引腳圖如圖 23。 圖 23 STC89C52RC 引腳圖 電機驅(qū)動 方案 步進 電機驅(qū)動使用最廣泛的就是 H 型全橋式電路，這種驅(qū)動電路方便實現(xiàn)步進電機的運行，根據(jù)輸出引腳的脈沖輸出順序驅(qū)動步進電機分別對應 正轉(zhuǎn) 、反轉(zhuǎn)。 最簡便的就是利用 4 個三極管組成 H 橋電路，但此電路容易燒壞，實際應用中多采用集成了 H 橋的驅(qū)動芯片來制作電機驅(qū)動電路。本次系統(tǒng)選用 L298N作為電機驅(qū)動芯片， L298N 是 高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器 ， 內(nèi)置保護電路，具有可輸出電壓高、電流大、電氣特性好等優(yōu)點， 符合本設計 中 電機驅(qū)動 對 驅(qū)動 芯片的要 求。 L298N 引腳如圖 24。 第 6 頁 共 32 頁 圖 24 L298N 管腳圖 紅外對管輔助方案 使用普通的紅外對管 ， 紅外對管是紅外線發(fā)射管與紅外線接收管配合在一起使用時候的總稱。 紅外發(fā)射管發(fā)射固定波長的紅外線 ，紅外接收管接收紅外線后改變了管腳電壓，經(jīng)過 LM393 比較器之后輸出一個高低電平，方便單片機信號采集。 LM393 是一個雙電壓比較器集成電路， 當同相 輸入電壓大于 反相 輸入電壓時輸出 1，當 同相 輸入電壓小于 反相 輸入電壓時輸出為 25，LM393 管腳排列如 圖 26。 圖 25 紅外對管 圖 26 LM393 管腳排列圖解 第 7 頁 共 32 頁 表 22 引出端注解 表 引出端序號 符號 功能 1 OUTA 輸出 A 2 INA 反相輸入 A 3 IN+ 同相輸入 A 4 GND 接地端 5 INB+ 同相輸入 B 6 INB 反相輸入 B 7 OUTB 輸出 B 8 VCC 電源電壓 供電方案 系統(tǒng)供電分為電機驅(qū)動供電和信號處理用電。電機運轉(zhuǎn)時需要比較大的電流，會影響到其兩端的輸入電壓，而像單片機、傳感器這樣的信號處理模塊電流比較小，但對電壓的穩(wěn)定性 要求比較高。所以在設計系統(tǒng)供電時應將動力電和信號 用電分開。 12V 電源適配器結合 LM7805 給系統(tǒng)控制部分 和 L298N 驅(qū)動電路供電， 步進電機使用 12V 電源適配器供電。 LM7805 外形和管腳 5 如圖 27 圖 27 LM7805 管腳圖 3 系統(tǒng)硬件設計 自動門框架設計 系統(tǒng)選用 木料 制作的木頭 門框 ，門板使用的是 3MM 透明 亞克力切割而成的矩形作為門體。行程開關 是一種機械開關，本次 使用 的型號是 V1521C25， 此行程開關 有 3 個腳，一個是公共端，另外兩個是常開端和常閉端 ， 因為STC89C52RC 引腳默認高電平 本次設計使用常開 端 ，將公共端連接到單片機 ，常開 端接地。門移動到極限處觸碰行程開關，單片機引腳接地置于低電平 ，單片機程序可以根據(jù)此信號確定是否停止電機轉(zhuǎn)動。 CAD 圖如圖 31， 如圖 32。 電動滑臺如圖 33。 第 8 頁 共 32 頁 圖 31 L298N 管腳圖 圖 32 行程開關 圖 33 電動滑臺 傳感器 電路 設計 熱釋電效應同壓電效應類似，是指由于溫度的變化而引起晶體表面荷電的現(xiàn)象。熱釋電傳感器是對溫度敏感的傳感器 ,可以檢測 714μ m 左右的紅外輻射 。 在檢測范圍內(nèi)， 當沒有人體靠近時 ，傳感器的兩個電極產(chǎn)生的釋電效應相互抵消，傳感器無輸出。當有人體靠近時， RE200B 傳感器 的兩極 會根據(jù)溫差變化產(chǎn)生電壓變化 ,輸出檢測信號給 BISS0001。 BISS0001 是由運算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時間定時器以及封鎖時間定時器等構成的數(shù)模混合專用集成電路。 當 IN+腳接收到RE200B 輸出的電壓信號時 ，經(jīng) R R R R C C C5組成的信號放大濾波電路。 R R R7 和 C C4 組成的延時電路。信號經(jīng)處理后從 2 腳輸出 一個 TTL 電平信號，單片機可以根據(jù)此高低電平確定是否有人靠近自動 第 9 頁 共 32 頁 門 。 菲涅爾透鏡是一種特殊的光學器件，其一面是光滑的平面，另一面是由許多 由小到大的同心圓組成。價格便宜，配合在熱釋電傳感器上使用可以增加傳感器檢測的角度和靈敏度。熱釋電模塊 電路圖如圖 34，實物如圖 35. 圖 34 熱釋電 原理圖 圖 35 熱釋電模塊實物圖 自動門 控制系統(tǒng) 系統(tǒng) 采用 STC89C52RC 單片機做為處理器 ，在最小單片機系統(tǒng)的基礎上增加 元件 ， S1 為輕觸復位開關 ,連接到單片機的 RES 腳，按下后單片機復位自動彈起。 Y1 為 12M 晶振。 J1,J2,J3 為排插方便后續(xù)使用過程中連接引腳， 因為 51 單片機 P0 口內(nèi)部是漏極開路型 ，為了作為 I/O 口使用， J4 為 P0 口的 10K 上拉電阻 。 連接 BISS0001 的 VO 輸出腳， 腳連接手動開門的開關 ， 腳連接手動關門開關。 腳連接關門行程開關， 腳連接開門行程開關。 為模式切換開關 ， 5 個開關全部共地 。 P0 端為單片機控制輸出端， 、 、 四個腳分別與 L298N 驅(qū)動電路的 IN IN IN IN4 相連 。 其 電路圖 如 圖 36，實物圖如圖 37。 第 10 頁 共 32 頁 圖 36 STC89C52RC 控制電路圖 圖 37 STC89C52RC 控制實物圖 主控板在系統(tǒng)中的主要功能： （ 1） 負責處理 熱釋電 紅外傳感器 模塊 返回 的信號。 此信號便成為判別是否有人靠近 的依據(jù)。 （ 2） 負責 處理模式切換開關，開門行程開關，關門行程開關 ，手動開關按鈕產(chǎn)生的信號 。 （ 3） 通過對多個開關和檢測模塊返回的信號進行處理，產(chǎn)生脈沖波通過電機驅(qū)動板驅(qū)動步進電機正反轉(zhuǎn) 。 電機驅(qū)動電路設計 電機驅(qū)動電路采用以 L298N 為核心的驅(qū)動板。 L298N 內(nèi)部包含 4 通道邏輯 第 11 頁 共 32 頁 驅(qū)動電路。是一種二相和四相電機的專用驅(qū)動器，即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，當驅(qū)動 步進 電機時，可以直接 一 路電機，并可以實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，實現(xiàn) 此功能只需改變輸入端的邏輯電平 ， 即內(nèi)含二個 H 橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準 TTL 邏輯電平信號，可驅(qū)動 46V、 2A 以下的電機。 L298N 可驅(qū)動 2 個 直流 電機 或者一個 4 線步進電機 ， 輸出腳 輸出腳 2 和輸出腳 輸出腳 4 分別接 步進電機 4 線 。 輸入腳 1，輸入腳 2，輸入腳 3，輸入腳 4 分別連接單片機引腳 ， 根據(jù)單片機引腳的控制電平 控制電機的正反轉(zhuǎn) 。邏輯電壓 5V，驅(qū)動電壓 535V，邏輯電流 035MA，驅(qū)動電流 2A（ MAX 單橋），最大功率 25W，驅(qū)動電路如圖 38，實物如圖 39。 圖 38 電機驅(qū)動電路 圖 39 電機驅(qū)動電路 電路中 8 個二極管為續(xù)流二極管， 續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產(chǎn)生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的元件產(chǎn)生反向電壓。當反向電壓高于元件的反向擊穿電壓 時， 會使元件如三極管、晶閘管等造成損壞 [8]。續(xù) 流二極管并聯(lián)在線兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管和線圈構成的回路 第 12 頁 共 32 頁 做功而消耗掉。從而保護了電路中的其它原件的安全。 紅外對管輔助設計 紅外線發(fā)射管 搭配 紅外線接收管一般稱為紅外對管，紅外發(fā)射管在通電的情況下會發(fā)射一定頻率 的紅外線。 紅外接收管使用時一般需要反接使用，在沒有紅外線接收時，反向電流很小 。 隨著接收的紅外線強度的增加反向電流會增大，從而改變接收管負極的電壓值 。兩 種狀態(tài)的 電壓值 通過 LM393 電壓比較器 比較可以得到高電平和低電平兩種不同的輸出，單片機可以通過 接收到的 I/O 信號 判斷紅外對管是否被遮擋。 紅外發(fā)射電路 由一個紅外發(fā)射管串聯(lián)一個電阻組成。 為了使紅外線發(fā)射距離足夠遠 ，電阻為 180 歐姆， 5V 供電。如圖 310，實物如圖 311。 圖 310 紅外發(fā)射 電路 圖 311 紅外發(fā)射實物 紅外接收電路 是由紅外接收管， LM393 雙電壓比較器 ，固定電阻，滑動變阻器組成。圖中所示的紅外接收管需要反接方可正常工作。 通過調(diào)整電位器的電阻值，當 LM393 的 2 號管腳 （ 負相 輸入） 電壓大于 3 號管腳 （正相 輸入） 電壓時電路進入正常工作狀態(tài) ，輸出為 0V，當 紅外接收管接收到紅外信 第 13 頁 共 32 頁 號后反向?qū)ǎ?2 號管腳 （負相輸入） 電壓值小于 3 號管腳 (同相輸入 )電壓值時，輸出為 的 輸出為集電極開路，因此需