【導(dǎo)讀】本設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)用于家庭及賓館安裝智能控制性的窗戶、窗簾。穩(wěn)定高可靠性高靈敏度高人性化等的自動(dòng)檢測控制。本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，輔。作為輸入裝置，實(shí)現(xiàn)日常生活中智能化控制窗戶窗簾的檢測風(fēng)雨，竊賊入侵等，功能，以便在智能系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能采用手動(dòng)操作完成。受器，報(bào)警器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，窗戶窗簾的開與關(guān)。

　　

【正文】 。 L298 是雙 H 橋式驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù) 指每給一個(gè)電脈沖信號(hào)電動(dòng)機(jī)所應(yīng) 轉(zhuǎn)過的角度的理論值。步距角 θ b=360176。/kmz 式中 z轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k與通電方式有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)通電方式為單拍時(shí)， k＝ 1； 雙拍時(shí)， k＝ 2。 m電動(dòng)機(jī)相數(shù)。 相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。齒距角 θ s=360176。/z （ ） 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩 。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。 （ HZ） 是指步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的最高脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該 有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 、電流 是指啟動(dòng)電機(jī)時(shí)脈沖信號(hào)所要達(dá)到的電壓電流值。 （ HZ） 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率連續(xù)上升時(shí)，電機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率稱為連續(xù)運(yùn)行頻率，它的值與負(fù)載有關(guān)。很顯然，在同樣負(fù)載下，運(yùn)行頻率運(yùn)大于啟動(dòng)頻率。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)的控制分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。開環(huán)控制是指步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入脈沖不依賴與轉(zhuǎn)子的位置 ,而是事先按一定規(guī)律給定的。閉環(huán)控制是指不斷直接或間接?xùn)|華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 22 地檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度 ,然后通過反饋和適當(dāng)?shù)奶幚?,自動(dòng)給出脈沖鏈 ,使步進(jìn)電機(jī)每一步都響應(yīng)控制信號(hào)的命令 ,從而使電機(jī)發(fā)生失步的可能性大大減小。鑒于本次設(shè)計(jì)的要求考慮，在本設(shè)計(jì)中采用開環(huán)控制。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專門的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)電路的好壞將直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能。步進(jìn)電機(jī)的控制原理方框圖如圖 246所示。簡單原理如下： 脈沖發(fā)生器發(fā)生的脈沖信號(hào)，通過環(huán)形分配器按一定的順序加到電動(dòng)機(jī)的各相繞組上。為了能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)及使步進(jìn)電機(jī)能夠滿足各種要求的輸出，經(jīng)過環(huán)形分配器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)還需要進(jìn)行功率放大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度取決于脈沖信號(hào)的頻率，總位移量取決于總的脈沖數(shù)。 脈沖發(fā)生器：脈沖信號(hào)通常由運(yùn)算放大器構(gòu)成的滯回比較器和有源或無源積分電路構(gòu)成，但也可以用軟件發(fā)生脈沖信號(hào)。 環(huán)形分配器：環(huán)形分配器用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電運(yùn)行方式的，其作用是將脈沖信號(hào)按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各相輸入端，以控制勵(lì)磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以環(huán)形分配器的輸出不僅是周期性的，又是可逆的 。按由硬件或軟件完成環(huán)形分配器的功能，可將環(huán)形分配器分成硬件環(huán)形分配器和軟件環(huán)形分配器兩類，下面分別加以介紹。 硬件環(huán)形分配器：該種類很多，其中比較常用的是專用集成芯片或通用可編程邏輯器件組成的環(huán)形分配器。 CH250 是三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)環(huán)形分配器的專用集成電路芯片，它采用 CMOS 工藝，集成度高，可靠性好。 軟件環(huán)形分配器 [5]：不同種類、不同相數(shù)、不同分配方式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都必須有不同的環(huán)形分配器，可見所需環(huán)形分配器的品種將很多。用軟件環(huán)形分配器只需編制不同的軟環(huán)分程序，將其存入 EPROM 中即可。用 軟件環(huán)形分配器可以使線路簡化，成本下降，并可靈活地改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方案。 驅(qū)動(dòng)電源 控制器 輔助電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 功 率放 大器 環(huán)形分配器 圖 246 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 23 功率驅(qū)動(dòng)器：由于環(huán)形分配器輸出的脈沖功率很小，因此要對(duì)環(huán)形分配器的輸出進(jìn)行功率放大，使脈沖電流達(dá)到電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流，才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。常用的電路有單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、嶄波驅(qū)動(dòng)、集成電路驅(qū)動(dòng)等。 L297 和 L298 所組成的 驅(qū)動(dòng)電路 控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的接口 如下圖 247 所示 : EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U7L298NCLK18CTL11CW/CCW17EN10HALF/FULL19SEN213SEN114VREF15RST20A4B6C7D9SYNC1INH15INH28HOME3OSC16VS12GND2U8L297D11N4007X8D2 D3 D4D5 D6 D7 D8DCBAR12100nF/20VC7VCC+12VR9 R10R221 歐 /2WX4R23100uFC522KR733nFC1VCC+5V10KR8500KR0VCC 驅(qū)動(dòng)電路 分硬件產(chǎn)生脈沖和軟件產(chǎn)生脈沖。 在本文設(shè)計(jì)中，脈沖發(fā)生器采用單片機(jī)軟件產(chǎn)生脈沖；功率驅(qū)動(dòng)器采用單電壓驅(qū)動(dòng)的方式；電機(jī)選用型號(hào)為 36BF003的 四相 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。具體電路如圖 245所示。 晶體管 3DG130 可以認(rèn)為是一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)。當(dāng)輸入信號(hào)為高電平時(shí)，晶體管處于飽和狀態(tài)，若忽略飽和壓降，則電源電壓全部作用在電機(jī)繞組上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 電路中二極管 D在晶體管截止時(shí)，起著續(xù)流和保護(hù)作用，以防止晶體管截止瞬間繞組產(chǎn)生的反電勢(shì)造成管子擊穿，串聯(lián)電阻 R5使電流下降的更快，從而使繞組電流波形后沿變陡，這個(gè)二極管構(gòu)成的回路稱為續(xù)流回路。 R5 取 100Ω。 電路中 R4的作用是減少時(shí)間常數(shù)。由于電機(jī)電感線 圈中的電流不能突變，在接通電源后繞組中的電流按指數(shù)規(guī)律上升，其時(shí)間常數(shù)為 L/r（ L為繞組電感， r 為繞組電阻），須經(jīng)幾倍的時(shí)間常數(shù)才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流。由于步進(jìn)電機(jī)繞組本身的電阻很小，所以，時(shí)間常數(shù)很大，從而嚴(yán)重影響了電機(jī)的啟動(dòng)頻率。在勵(lì)磁繞組中串以電阻 R4，可以使時(shí)間常數(shù)大大減小，縮短了繞組中電流上升的過渡時(shí)間，從而提提高了工作速度。 R4 取 20Ω。 電路中 R1為限流電流，值取 1KΩ。這種電路的缺點(diǎn)是電阻上有功率消耗。 圖 247 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 原理圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 24 報(bào)警電路原理及設(shè)計(jì) 防盜報(bào)警系統(tǒng)是用物理方法或電子技術(shù)，自動(dòng)探測發(fā)生在布防監(jiān)測區(qū)域內(nèi) 的侵入行為，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并提示人員發(fā)生報(bào)警的區(qū)域部位，顯示可能采取對(duì)策的系統(tǒng)。防盜報(bào)警系統(tǒng)是預(yù)防搶劫、盜竊等意外事件的重要設(shè)施。 本設(shè)計(jì)有報(bào)警電路的作用是 ,當(dāng)有竊賊入侵時(shí) ,紅外檢測模塊將檢測到的信號(hào)通過單片機(jī)的控制系統(tǒng) ,產(chǎn)生的信號(hào)然后作用于三極管 ,使之飽和 ,從而使報(bào)警電路形成回路 ,發(fā)光二極管導(dǎo)通 ,發(fā)光 ,報(bào)警器報(bào)警 在本文設(shè)計(jì)中報(bào)警電路直接通過單片機(jī)來控制，具體電路如圖 251 所示。 Q0S80505V 高響度報(bào)警器VCC1KR5DS2C2R0 蜂鳴器音量 10cm/80 分貝，電流 1520mA。在電路中電阻均為限流電阻。 的電容是為了濾掉電路中的波動(dòng) 電壓。 當(dāng)單片機(jī) 端輸出高電平時(shí)，晶體三極管工作在放大狀態(tài)，極電流作用在蜂鳴器上，使蜂鳴器發(fā)出響聲，同時(shí)發(fā)光二極管正向?qū)?，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。 當(dāng)單片機(jī) 端輸出低電平時(shí)，晶體三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，極電流為零，發(fā)光二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，蜂鳴器無電流輸入，處于截止。 AT89S52 芯片介紹 at89s52[6]中文簡介： AT89S52 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存 儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 圖 251 報(bào)警電路 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 25 12345678RST9 (RXD)10 (TXD)11 (INT0)12 (INT1)13(T0)14 (T1)15 (WR)16 (RD)17XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP31 (AD7)32 (AD6)33P0 .5 (AD5)34 (AD4)35 (AD3)36 (AD2)37 (AD1)38 (AD0)39VCC40U1 AT89S5230pFC130pFC212Y112MHz22uFC310KR1100R2VCCS0 AT89S52 具有如下特點(diǎn) [4]： 40個(gè)引腳， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2層中斷嵌套中斷， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全 雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S52 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP和 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 電源模塊 在電子電路及設(shè)備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。本文設(shè)計(jì)中的直流穩(wěn)壓電源，它將頻率為 50HZ、有效值為 220V 的交流 電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定，輸出電流為幾百毫安以下的直流電壓。 直流電源的基本原理 單相交流經(jīng)過電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電壓，其方框圖如圖 271所示。下面就各部分的作用加以介紹。 圖 261 AT89S52芯片引角圖 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 各模塊工作原理及電路設(shè)計(jì) 26 D1 D4 A B （ 1）電源變壓器 直流電源的輸入為 220V 的電網(wǎng)電壓（即市電），一般情況下，所需直流電壓的數(shù)值和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。 （ 2）整流電路 整流電路把變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈 動(dòng)電壓。在本文設(shè)計(jì)中使用單相橋式整流電路。電路如圖 272所示。下面就單相橋式整流電路的原理做簡單的介紹。 D1 ～ D4～ 220V 50HZT1RL 設(shè)變壓器副邊電壓 u2=√ 2U2sinwt, U2為有效值。（√ 2為根號(hào) 2） 當(dāng) u2為正半周時(shí)，電流由 A 點(diǎn)流出，經(jīng) D RL、 D3 流入 B 點(diǎn)，因而負(fù)載電阻 RL上的電壓等于變壓器副邊電壓，即 u2， D2和 D4 管承受的反向電壓為 u2。當(dāng)為 u2為負(fù)半周時(shí)，電流由 B 點(diǎn)流出，經(jīng) D RL、 D4 流入 A 點(diǎn)，負(fù)載電阻 RL上的電壓等于 u2。 D D3承受的電壓為 u2。 這樣，由于 D D3 和 D D4兩 對(duì)二極管交替導(dǎo)通，至使負(fù)載電阻 RL上在 u2的整個(gè)周期內(nèi)都有電流流過，而且方向不變，輸出電壓 uo=｜ √2U 2sinwt｜。則輸出的平均電壓： UO（ AV） =2√2 U 2/π ≈ U 2 輸出的平均電流： IO（ AV） = UO（ AV） / RL≈ U 2 /RL 本文設(shè)計(jì)中整流電路的整流二極管采用 1N4007