【正文】 正向壓降 VF、正向電流 IF、電流傳輸比 CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極 發(fā)射極反向擊穿電壓 V(BR)CEO、集電極 發(fā)射極飽和壓降 VCE(sat)。此外 ,在傳輸數(shù)字信號時還需考慮上升時間，下降時間，延遲時間和存儲時間等參數(shù)。其中電流傳輸比是光耦合器的重要參數(shù) ,通常用直流電流傳輸比來表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時 ,它等于直流輸出電流 IC 與直流輸出電流 IF 百分比 . 使用光電耦合器的 注意事項(xiàng)有： （ 1） 在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，若兩端共用一個電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。 （ 2）當(dāng)用光電耦合器來隔離輸入輸出通道時，必須對所有的信號（包括數(shù)位量信號、控制 量信號、狀態(tài)信號）全部 隔離，使得被隔離的兩邊沒有任何電氣上的連接，否則這種隔離是沒有意義的。 串行下載口介紹 RS232 接口是 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是 “數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ”。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 還對各種信號的電平加以規(guī)定。隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，出現(xiàn)了代替 DB25 的 DB9 接口，現(xiàn)在都把 RS232 接口叫做 DB9。其引腳圖如下 ： 圖 313 RS232 引腳圖 RS232（ DB9）的引腳功能如下： 1 ： DCD 數(shù)據(jù)載波檢測 2 ： TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 3 ： RXD 接收數(shù)據(jù) 4 ： DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 5 ： GND 信號地 6 ： DSR 數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好 7 ： RTS 請求發(fā)送 8 ： CTS 清除發(fā)送 9 ： RI 振鈴提示 RS232 采用負(fù)邏輯電平： 邏輯 1 ： 15~3V； 邏輯 0 ： +3~+15V； 由于 TTL 電平和 RS232 電平互不兼容，所以兩者相對接時， 必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232 與 TTL 電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是 MAX232,它是一種把電腦的串行口 RS232 信號電平（ 10V ， +10V）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的 TTL 信號點(diǎn)平（ 0 V， +5V）的芯片，其引腳圖如下： 自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 圖 314 MAX232 引腳圖 MAX232 芯片是專門為電腦的 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路 ,使用 +5V 單電源供電。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v 和 12v 兩個電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 第二部分 是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10 腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5V）。 各部分電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件部分包括電源電路部分、時鐘電路部分、復(fù)位電路部分、按鍵電路部分、超重檢測電路部分、狀態(tài)指示電路部分、聲光報(bào)警電路部分、過流保護(hù)電路部分、控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路部分和串口電路部分，下面一一介紹 電源電路 本設(shè)計(jì)所用到的單片機(jī)、 NE555 模塊和運(yùn)算放大器是用直流 +5V 的電源供電，繼電器、光電耦合器和直流電機(jī)是用直流 +24V 的電源供電，所以電源部分要能產(chǎn)生+5V 和 +24V 的電壓。 本設(shè)計(jì)利用 LM138 和 LM7805 芯片得到 +24V 和 +5V 的電壓，由于它們分別為光電耦合器兩端供電，它們在電氣上不能有任何連接，因此我們必須對它們進(jìn)行單獨(dú)設(shè)自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 計(jì)。但它們的應(yīng)用都要注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 輸入輸出壓差不能太大 ,太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞； （ 2） 輸出電流要滿足負(fù)載的要求，當(dāng)大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導(dǎo)致熱擊穿； （ 3）輸入輸出壓差也不能太小 ,大小效率很差。 產(chǎn)生 +24V 的電壓給繼電器、光電耦合器和直流電機(jī)供電電路圖如下： 220~33P600Ax4Bridge1ADJ1Vout2Vin3LM138470uFC6220uFC8C9C75KR33275ΩR32GND2VCC2+24vAC220V 圖 315 +24V 電路部分 由于直流電機(jī)的額定功率為 120W，額定電流為 5A，我們在選用變壓器時選 用220V~33V，輸出電流能達(dá)到 6A 的變壓器。整流二極管選用的型號為 P600A，它的最高反向峰值電壓 (v)為 50V，平均整流電流 (A)為 6A。 在選用三端穩(wěn)壓器時我們選擇的三端穩(wěn)壓芯片是 LM138，它是一個輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓芯片，輸出電流可以達(dá)到5A，這樣可以滿足負(fù)載的要求。它的輸出電壓公式為： Vo=Vref*（ 1+R33/R32）+Iadj*R33，其 Vref 為固定值 ， Iadj 為 50uA,由于 Iadj 非常小，我們在計(jì)算輸出電壓時常把其忽略。為提供 +24V 的電壓，我們?nèi)?R32=275Ω， R33=5kΩ。電容 CC C C9 都為輸入端或輸出端的濾波電容，電容值大的電容可以有效濾除低頻噪聲，小的電容可以有效濾除高頻噪聲，它們組合應(yīng)用能有效的濾除交流噪聲使輸出電流更平穩(wěn)。 產(chǎn)生 +5V 的電壓給單片機(jī)、 NE555 模塊和運(yùn)算放大器供電電路圖如下： 自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 220~9IN4001x4Bridge2470uFC10220uFC12C11C13Vin VoutGNDLM7805 VCC1GND1+5vAC220V 圖 316 +5V 電路部分 在設(shè)計(jì) +5V 的直流電源時，我們采用的變壓器型號為 YE1313，它為 220V~9V 變壓器，輸出電流可以達(dá)到 300mA，能夠滿足后續(xù)負(fù)載的要求。 整流二極管選用的型號為 IN4001，它的 最高反向峰值電壓 (v)為 50V，平均整流電流 (A)為 。三端穩(wěn)壓器芯片的型號為 LM7805,同樣電容 C C1 C1 C13 都為輸入端或輸出端的濾波電容，它們組合應(yīng)用能有效的濾除交流噪聲。 時鐘電路 時鐘電路用于產(chǎn)生 AT89C51 單片機(jī)工作時所必須的時鐘控制信號，單片機(jī)各個功能部件的運(yùn)行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此時鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，本次設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時鐘方式。 AT89C51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該 高增益反相放大器的輸入端的為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接適應(yīng)晶體振蕩器（簡稱晶振）和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容 C1 和C2 典型值通常為 30pF 左右，對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。本設(shè)計(jì)采用 30pF 的電容。晶振的振蕩頻率通常在 之間。晶振的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也越高，單片機(jī)的運(yùn)行速度也越快。但反過來運(yùn)行速度快對存儲器的速度要求也就高，對印制電路圖的工藝要求也高 ， 本設(shè)計(jì)采用 6MHz 的晶振。 自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 30pFC230pFC12 16MHzXTALGND1XTAL2XTAL1GND 圖 317 時鐘部分電路 復(fù)位電路 AT89C51 的復(fù)位電路是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)復(fù)位引腳 RST 加上大于 2個機(jī)器周期（即 24 個時鐘振蕩周期）的高電平就可以使單片機(jī)復(fù)位。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也可以按復(fù)位鍵使 RST 引腳為高電平使 AT89C51 重新啟動，所以本設(shè)計(jì)采用具有上電復(fù)位和手動復(fù)位雙功能的電路。復(fù)位電路如圖所示 : 200ΩR1S122uFC310KR2VCC1GND1REST 圖 318 復(fù)位電路 由于電容兩端電壓不能突變，當(dāng)上電時 電容正負(fù)極的電壓都是 +5V，即 RST 引腳的電平為高，單片機(jī)就會復(fù)位，片刻之后電容就會通過 R2 電阻放電，電容負(fù)極的電壓隨即降低，最后降為零。由于單片機(jī)復(fù)位引腳所需高電平的時間很短就可以完成復(fù)位，所以電源通電時只要 VCC1 的上升時間不超過 1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。而當(dāng)由于程序出錯或者操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也可以按復(fù)位鍵 S1 使 RST 引腳為高電平使 AT89C51 重新啟動，當(dāng)按一下 S1 時，電壓 VCC1 直接加在 RST 引腳上的時間足以大于 2 個機(jī)器周期，單片機(jī)就會復(fù)位使 AT89C51 重新啟 動 。 自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 按鍵電路 本設(shè)計(jì)只需要兩個按鍵，一個控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)一個控制電機(jī)的反轉(zhuǎn)。由于用到的按鍵較少，所以可以用獨(dú)立式鍵盤接口，獨(dú)立式鍵盤接口就是各鍵相互獨(dú)立，每個按鍵各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易的判斷哪個按鍵被按下。 而獨(dú)立式鍵盤又分為中斷方式獨(dú)立式鍵盤工作電路和查詢方式的獨(dú)立式鍵盤工作電路，本設(shè)計(jì)采用查詢方式的獨(dú)立式鍵盤工作電路，按鍵直接與 AT89C51 的 I/O口線相連，通過讀 I/O 線的高低電平狀態(tài)，即可識別按下的鍵。電路圖如下： 1KR41KR3S2S3VCC1GND1 圖 319 按鍵部分電路圖 用單片機(jī)的 P1 口來控制信號的輸入當(dāng)沒有按鍵按下時， 與 口都是高電平，單片機(jī)就會通過軟件編程使 和 都輸出高電平，此時電機(jī)不工作。當(dāng)正轉(zhuǎn)控制按鍵 S2 按下時，相當(dāng)于給 口一個低電平，單片機(jī)就會通過軟件編程使 輸出高電平和 輸出低電平，電機(jī)就會正向轉(zhuǎn)動，晾衣架回被提起，當(dāng)松開按鍵 S2 時，電機(jī)不工作。當(dāng)反轉(zhuǎn)控制按鍵 S3 按下時 ,相當(dāng)于給 口一個低電平，單片機(jī)就會通過軟件編程使 輸出低電平和 輸出高電平，電機(jī)就會反向轉(zhuǎn)動，晾衣架回被放下，當(dāng)松開按鍵 S3 時，電機(jī)不工作。這就 達(dá)到了通過按鍵來達(dá)到使晾衣架自動升降的目的。 超重檢測電路 該模塊為稱重傳感器，它是一種電阻應(yīng)變式傳感器。將其固定在陽臺頂上，將滑輪固定在稱重傳感器上，當(dāng)稱重傳感器上所承受的重力變化時，也就是晾衣架上衣服的重量發(fā)生變化時，重傳感器內(nèi)部將會產(chǎn)生相應(yīng)的電阻變化，從而導(dǎo)致最終輸出電壓發(fā)生變化。 稱重傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 320 所示。它 由一個電阻應(yīng)變片，三個固定阻值電阻 和一個運(yùn)算放大器 LM358 組成。應(yīng)變片 R5 能將應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，其電自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 阻相對變化 △ R/R 與軸向應(yīng)變 △ L/L 成正比，當(dāng)搭載衣服重量增 加時它的電阻會變大。由于在這里我們只需要檢測是否超重而不需要檢測具體的重量值，用運(yùn)算放大器LM358 組成開環(huán)放大電路能夠輸出一個開關(guān)量。 1KR81KR71KR61KR9R52451231LM358VCC1GND1 圖 320 稱重傳感器內(nèi)部結(jié) 由圖可知 LM358 的反相輸入端的電壓恒定為 VCC1/2，這里 VCC1 為 5V，所以反相輸入端為 ，當(dāng)晾衣架所搭載的衣服重量沒有超過規(guī)定值時 R5 的電阻小于R6, LM358 的同相輸入端的電壓大于 ， LM358 的輸出為高電平；當(dāng)晾衣架所搭載的衣服重量超過規(guī)定值時 R5 的電阻值會變大，將大于 R6, LM358 的同相輸入端的電壓小于 ， LM358 的輸出為高電平。單片機(jī)可以根據(jù) LM358 輸出的電平狀態(tài)來判斷是否超重。 狀態(tài)指示電路 本設(shè)計(jì)需要 3 個狀態(tài)指示燈，一個是電源指示燈，當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位以后就使其點(diǎn)亮來說明系統(tǒng)已經(jīng)供電；另一個是晾衣架上升指示燈，當(dāng)晾衣架上升時它就會亮來指示上升狀態(tài)；第三個是晾衣架下降指示燈，當(dāng)晾衣架下降時它就會亮來指示下降狀態(tài)。 用 P0 口控制發(fā)光二極管的顯示，當(dāng)上電復(fù)位以后， P0 各端口均為高電平，如果控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)的按鈕被按下，則就調(diào)用軟件把相應(yīng)端口置為低電平，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會亮，用它來表示電源和 直流電機(jī)所處的狀態(tài)。如圖 321 所示： 自動晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 1KR121KR111KR10LED1