【正文】 ③ CLLf )(2 111 ??? ? ④ 圖 等效電路 圖 電渦流傳感器 28 (3) 振蕩原理圖 圖 振蕩電路 當(dāng)中斷口 INTO 產(chǎn)生低電平判別有東西投入的時候，檢測的光敏二極管 D0被硬幣遮擋住，通過程序的判定可以知道 D1 沒有被遮擋住仍然保持高電平，則表明是硬幣口有硬 幣投入，此時調(diào)用終端服務(wù)程序，測量振蕩頻率。由于本設(shè)計采用互補(bǔ)型算法，所以只 需測量振蕩頻率就可以精確鑒別不同幣值的硬幣，從而識別偽幣。由等效電路及基爾霍夫定律可以求得受硬幣的影響后， 線圈的等效電感為： 22222221 )( LwLR MwLL ??? ① 當(dāng)有硬幣通過線圈時，可以得到線圈電感的變化： 2222221 )( LwLR MwLLL ?????? ② 于非軟磁材質(zhì)而言，電渦流效應(yīng)會使 △ L0；而對于軟磁材質(zhì) △ L0，因此只要檢測出硬幣電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、直徑等因素對磁場的綜合影響就可以達(dá)到鑒別的目的。對空心線圈， R1為線圈的電阻， L1為線圈電感， R2為短路環(huán)的電阻， L2為短路環(huán)電感， M 為線圈與短路環(huán)間的互感。電渦流式傳感器是建立 在電磁場理論基礎(chǔ)上工作的，其原理如圖 所示。在實際過程中因為其它因素會使得得到的振蕩頻率在 f1 左右波動，對此設(shè)定一個允許誤差范圍△ f,如果f1△ f≤ f≤ f1+△ f,則認(rèn)為測得是真幣，如果不在此范圍之內(nèi)則當(dāng)成是偽幣。通過對現(xiàn)在國內(nèi)廣泛流通的硬幣作的大量試驗發(fā)現(xiàn)，對于每一種幣值的硬幣都有一特征振蕩頻率 f與之對應(yīng)，各個特征頻率由硬幣的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、厚度、直徑等因素綜合決定的。 圖 是硬幣驗鈔機(jī)構(gòu)原理簡圖，由硬幣檢測部分、運(yùn)算控制部分、找零機(jī)構(gòu)裝置、自動售貨機(jī)主體和接口部分組成。因為我這個設(shè)計所要求的一次性投入幣值不能超過20 元，如果一次性投入的幣值超過 20 元，則系統(tǒng)會自動將此幣作為假幣處理，將其從相應(yīng)的退還口退出。 MCS51 的引腳說明如圖 ： 圖 8051 引腳圖 硬幣驗鈔系統(tǒng)設(shè)計 總體結(jié)構(gòu)介紹 硬幣驗鈔機(jī)構(gòu)用于檢測所投入的硬幣的真?zhèn)巍? MCS51系列單片機(jī)中的 803 8051及 8751 均采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)，上圖是它們的引腳配置， 40個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 8751 共有 4 組 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 25 或 P3)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。其中， 中央處理器 (CPU)是整個單片機(jī)的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU 負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 24 第三章 自動售貨機(jī)硬件設(shè)計 8051的介紹 在本次設(shè)計中，中央控制元件采用 8051 單片機(jī)。智能無線報警器的市場價格約為： 150 元，其外觀圖如圖 所示。本設(shè)計介紹一種采用單片機(jī)控制的基于電話線的遠(yuǎn)程報警器。如遇回鈴音就等待三秒再檢測 ,若等待三次后線路仍然不通 ,就撥叫下一個號碼 。撥叫時 ,報警器摘機(jī)后先對電話線上的信號進(jìn)行檢測 ,檢測到撥號音就撥號 ,檢測不到撥號音說明電話線已有問題 ,無法撥號 ,就自動掛機(jī)。 23 圖 音頻放大電路 電話報警模塊：電話報警模塊主要通過中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)。音頻放大部分 :由于構(gòu)思是要使 MT8880 發(fā)出的音頻信號作為提示音信號 ,若要使它能夠被電話信號另一端的人聽到 ,就必須使信號輸出的峰值達(dá)到 2. 5V 以上。為減少干擾 ,在 IN2端接入 100pF 電容可改善 MT8880 對 DTMF 中高頻分量的接收。 圖 摘掛機(jī)電路原理圖 撥號音接收和 DTMF 信號收發(fā)模塊：信號的接收部分 :在 MT8880 的運(yùn)放輸出端和 IN 之間接反饋電阻可調(diào)節(jié)運(yùn)放增益 , 增益大小為 R12/ R11。當(dāng) ,T01截止 ,電流比較小 ,處于掛機(jī)狀態(tài) 。 摘掛機(jī)模塊：電話摘機(jī)后 ,電話線的回路電流突然變大為約 30mA 的電流 ,程控電話交換機(jī)檢測到此變化就認(rèn)為話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。當(dāng)沒有警情時 ,可以通過另一部話機(jī)撥打本機(jī) ,振鈴檢測電路將振鈴音信號轉(zhuǎn)換成 TTL 信號傳送給單片機(jī) ,由單片機(jī)計數(shù) 。 圖 智能無線報警系統(tǒng)原理框圖 本報警器的工作原理 :當(dāng)發(fā)現(xiàn)警情時 ,探測器將警報信號通過傳感器接口送入單片機(jī) ,單片機(jī)的報警中斷程序開始運(yùn)行 ,調(diào)用撥號子程序按照預(yù)置號碼進(jìn)行撥號。由于該芯片由 ISO2CMOS 技術(shù)制造 ,具有低功耗、高 可靠性的特點 ,又能將其他同類芯片的單一功能集成 ,因此而節(jié)約了成本 ,提高了整體穩(wěn)定性。 圖 紅外探測報警器外觀圖 方案三：智能無線報警 本文介紹一種采用單片機(jī)控制的基于電話線的遠(yuǎn)程報警器。 紅外 21 探測報警器的市場價格約為： 75 元。 VD31N4001220uF/16VC7R18BL220R1910KR17560KR2047uF/16VC8VD41N4001IN32OUT1GNDIC4 L78L06ABZ +12VT38050+6VT1Vin 圖 開機(jī)延時模塊電路圖 紅外探測報警器的 優(yōu)點 : 本身不發(fā)任何類型輻射，器件功耗很小，隱蔽性較好 ， 價格低廉 。 VD21N400147uF/16VC6100KR13470KR14100KR15300KR1610KR1723418IC3ALM393ADVinGND+5VVout 圖 報警延時模塊電路圖 (4).開機(jī)延時模塊 ： 由 VT R C8 組成開機(jī)延時電路，時間也約為 1分鐘，它的設(shè)置主要是防止使用者開機(jī)后立即報警，好讓使用者有足夠的時間離開監(jiān)視現(xiàn)場，同時可防止停電后又來電時產(chǎn)生誤報。此充電過程大約為一分鐘，即讓蜂鳴器持續(xù)報警 20 一分鐘。 電壓比較模塊電路圖，如圖 所示。 信號放大模塊電路圖，如圖 所示。 該方案的原理框圖如圖 所示。但在此方案的基礎(chǔ)上增加了報警延時電路，即當(dāng)報警器檢測到紅外信號后發(fā)出報警聲并讓報警聲持續(xù)約一分鐘。此方案具有立即響應(yīng)的功能，設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)。因而可以用簡單的放大電路就可實現(xiàn)此功能，采用紅外線傳感器，信號放大電路和報警電路組成。 當(dāng)紅外探測器檢測到前方人體輻射的紅外信號后，探測器將輸出微弱的電信號，然后經(jīng)過放大、比較、延時，發(fā)出報警聲音。 振動報警器的市場價格約為 50 元，其外觀圖如圖 所示。 如圖 振動報警器外觀圖 該報警器的 使用特性：無源分布、電纜形狀。單片機(jī)工作時低電平有效，利用 PNP 三極管作為開關(guān)，當(dāng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)時，相當(dāng)于開關(guān)斷開狀態(tài)。 遭到破壞 振動 聲音報警 手動復(fù)位 17 圖 振動報警 原理圖 該電路由電阻、 PNP 三極管和一個揚(yáng)聲器組成。為達(dá)到良好的實際使用效果，系統(tǒng)還應(yīng)具備開機(jī)延時功能：用來防止主人在接通電源后，由于操作過程中的某些振動引起誤報。 振動報警框圖，如圖 所示。 推進(jìn)裝置方案選擇 推進(jìn)裝置的三種方案，從成本、功能實現(xiàn)、效率、操作難易、以及精度等方面，綜合考慮，我選擇方案三軟件控制作為該設(shè)計的推進(jìn)裝置。由于這里P0 口作通用的 I/O 口輸出，所以必須接上拉電阻。在通過按鍵選擇物品后，將會把產(chǎn)生的信號輸入給 89C51的 P1 的引腳上， 89C51接收信號后，經(jīng)過處理后，將會在貨物輸出端產(chǎn)生與其相對應(yīng)的信號輸出，控制 16 利用商品的自重將其推出。但使用方便，價格便宜市場價格約為 500 元，直流電機(jī)外觀圖，如圖 所示。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速，減小因慣性、速度和步距角過大而引起的調(diào)整誤差。 15 圖 檢測電路電路圖 采用直流電動機(jī)控制，直流電動機(jī)精度較低，不易實現(xiàn)精確的位置控制。調(diào)速驅(qū)動電路，如圖 所示。 ③ PWM 軟件實現(xiàn)方式： 采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。 ② PWM 調(diào)脈寬方式： 調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低 電平，另一端輸出PWM 信號，兩口的輸出切換和對 PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 兼于方法三 調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大 ，因此本設(shè)計采用方法三。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這個方案的優(yōu)點是電路 較為簡單，缺點是繼電器的響應(yīng)時間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短、可靠性不高。更主要的問題在于一般電動機(jī)的電阻很小，但電流很大；分壓不僅會降低效率，而且實現(xiàn)很困難。 (2).調(diào)速驅(qū)動電路 電機(jī)調(diào)速控制模塊有三種方法可供選擇： 方法一：采用電阻網(wǎng)絡(luò)或數(shù)字電位器調(diào)整電動機(jī)的分壓，從而達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng) RESET 鍵按下時， +5V通過按鍵加到 RST 腳上，單片機(jī)復(fù)位， RESET 鍵彈起之后， RST 腳 重新被電阻拉為低，單片機(jī)開始正常工作。 13 圖 單片機(jī)部分原理圖 在第 9腳 RST，復(fù)位腳外，加了一個復(fù)位按鍵和復(fù)位電路，復(fù)位原理為：第一次上電時， +5V 通過給電容充電，于是此時電容相當(dāng)于短路， +5V 直接加到 RST腳上，單片機(jī)自動復(fù)位。 本設(shè) 計在硬件電路上共分 3 個部分，單片機(jī)部分、調(diào)速驅(qū)動電路、檢測電路。 80%額定負(fù)載時 ,其轉(zhuǎn)速能迅速回到設(shè)定值，轉(zhuǎn)速超調(diào)177。 ，運(yùn)轉(zhuǎn)速度與設(shè)定速度之差小于177。本設(shè)計是要利用 89C51 單片機(jī)控制 PWM 調(diào)速電路實現(xiàn)小功率直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。近年來，直流電動機(jī)的機(jī)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。 圖 步進(jìn)電機(jī)外觀圖 這個三相步進(jìn)電機(jī)的市場價格約為 650元，步進(jìn)電機(jī)的外觀圖如圖 。它有 3 個 8位并行 I/O 口，每個口有三種工作方式。當(dāng) fc比較小的時候，電機(jī)會發(fā)出很大的噪聲，一般選取 fc〉 =15MHZ為適宜的。 11 圖 斬 波型功放電路 圖 A 相波型 繞組中電流 il 的大小與電流 Vcc 和高頻脈沖序列的脈寬 Ton 有關(guān)，當(dāng) Vcc較大的時候， I 較大，當(dāng) Ton 較寬的時候 i 會增大。 圖 TWH8751 引腳及外觀圖 圖中只給出了驅(qū)動 A 相繞組的功放電路， B， C 相的驅(qū)動電路與之相同，該電路的工作原理是 ：環(huán)形分配器的輸出信號 A送到 TWH8751 的輸入端 Vi ， NE555振蕩器產(chǎn)生頻率較高的載頻脈沖信號 ，送到選通控制端 St ，因此， TWH8751 處于高頻開關(guān)斬波工作狀態(tài)，其輸出端 Vo 為間歇脈沖序列，故稱為斬波型驅(qū)動電路，如圖 所示。當(dāng) St 端為低電平（不超過 ）時，輸出 V0 受 Vi 的控制，當(dāng) Vi 為高電平輸出級的達(dá)林頓管截止：當(dāng) Vi 為高電平“ 1”時應(yīng)加限流電阻 Rs，因片內(nèi)電源與地之間設(shè)有一個 的穩(wěn)壓管， Rs 的值可以按照 ()/10mA 進(jìn)行估算。 TWH8751 的引腳及外觀如圖 所示， Vi,Vo 分別為信號的輸入端和輸出端，V+為正電源的輸入端， GND 為接地端， St 為 選通控制端，該器件為數(shù)字邏輯開關(guān)，不是模擬開關(guān)。當(dāng)“ 0”時，相應(yīng)的繞組斷電。 圖 36bf003 矩頻特性 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)接口 ，如圖 所示。米），步距角為 度 /3 度。由于按 A— B— C— A 相輪流通 9 電，則磁場沿 A， B， C方向轉(zhuǎn)動了 360 度空間角，而這時轉(zhuǎn)子沿 ABC 方向轉(zhuǎn)動了一個齒距的位置。對 A， B， C，三相輪流通電一次