无线遥控自动窗帘的设计.doc

自动窗帘的设计 I 自动窗帘的设计 摘 要 本设计首先阐述了自动窗帘的基本构成及特点 然后通过对无线遥控控制方式 手动控制方式 光控控制方式的对比论证 根据控制要求 本设计选用了无线遥控 和手动控制方式控制电机的正反转 通过对系统的总体设计 硬件和软件控制设计 满足了系统方案的要求 在硬件方面 本文着重对单片机 无线接收模块 J04V 无线发射模块 F05P 直流电机驱动芯片 L298N 三端集成稳压器 KA7810 等选型进行了设计 同时给出 了各高级单元的使用及设定情况 在软件方面 提供了原理图 系统工作流程图和 指令表 除此之外 也充分考虑了实际应用中的要求 设计时考虑到了成本 功耗 安全性 稳定性 抗干扰性等诸多问题 具有一定的合理性和可行性 关键词 AT89S51 单片机 直流电机驱动芯片 L298N 无线接收模块 J04V 无线发射 模块 F05P 三端固定集成稳压器 KA7810 自动窗帘的设计 II The Design of the automatic curtain ABSTRACT First of all the design of the automatic curtains on the basic structure and characteristics and then through constant pressure on the wireless remote control way manual control way light control way of argumentation contrast under the control requirements many of the design selected the wireless remote control way and manual control way Through the system design hardware and software control design to meet the requirements of the system In terms of hardware this article focuses on microcontroller the wireless receiver module J04V the wireless transmitter module F05P the DC motor driver IC L298N the three terminal integrated voltage regulator KA7810 such as selection of a design all at the same time give the use of advanced units and set up the situation In terms of software provides a schematic diagram the system flow chart and the instruction list In addition it fully takes into account the requirements of practical applications the design takes into account the cost power security stability and many other questions of sexual interference with a certain degree of rationality and feasibility KEY WORDS AT89S51 Single Chip Microcomputer the DC motor driver IC L298N the wireless receiver module J04V the wireless transmitter module F05P the three terminal integrated voltage regulator KA7810 自动窗帘的设计 目 录 中文摘要 I 英文摘要 II 1概述 1 1 1选题意义 1 1 2窗帘无线遥控器完成的功能 2 2总体设计方案 4 3 AT89S51 单片机概述 5 3 1 AT89S51 单片机简介 5 3 2 AT89S51 单片机的硬件结构及引脚 5 3 2 1 AT89S51 单片机的内部结构 5 3 2 2 AT89S51 单片机的外部引脚 7 3 2 3 AT89S51 单片机的时钟电路及时钟信号 8 3 2 4 AT89S51 单片机的复位电路 9 3 3 AT89S51 单片机最小系统简介 9 4 无线收发电路 11 4 1 无线接收模块 J04V 11 4 2 无线发射模块 F05P 15 4 3 PT2262 PT2272 编码解码芯片 19 4 3 1 PT2262 PT2272 特点及引用范围 19 4 3 2 PT2262 20 自动窗帘的设计 4 3 3 PT2272 22 4 3 4 PT2262 PT2272 芯片的地址编码设定和修改 23 5 直流电机驱动电路 24 5 1 L298N 芯片 24 5 2 直流电机驱动电路 27 6 直流稳压电源 29 6 1 三端固定集成稳压器工作原理 29 6 2 三端固定集成稳压器应用注意事项 31 6 3 直流稳压电源模块的设计 33 7 软件设计 34 7 1 系统流程图 34 7 2 源程序 35 8 焊接与调试 36 8 1 焊接技术 36 8 1 1 焊接方法 36 8 1 2 注意事项 37 8 2 安装调试 38 9 总结 39 致谢 40 参考文献 41 附录 42 附录 1 硬件电路 42 自动窗帘的设计 附录 2 程序 43 附录 3 元器件清单 46 附录 4 实作图片 47 自动窗帘的设计 1 1 概述 1 1 选题意义 随着社会信息化的加快 人们的工作 生活和通讯 信息的关系日益紧密 信 息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时 也对传统的住宅提出了挑战 社 会 技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变 人们对家居的要求早已不只是 物理空间 更为关注的是一个安全 方便 舒适的居家环境 随着电子技术产业结构的调整 生产工艺的不断提升 人们生活水平的不断提 高 家用电器的逐渐普及 市场上对无线遥控控制系统的需求也越来越大 高精度 多功能 低功耗 是现代科技发展的趋势 单片机在电子产品中的应用已经越来越 广泛 在很多的电子产品中也用到了无线遥控控制 基于单片机和无线遥控的控制 器应用范围的日益广泛和多样 单片片机在电子产品中的应用己经越来越广泛 在很多的电子产品中也用到了 无线遥控控制 随着窗帘无线遥控控制器应用范围的日益广泛和多样 各种适用于 不同场合的窗帘控制器应运而生 智能家居系统是一个人的社会系统工程 我们应当加快我国智能家居标准化进 程 自动窗帘系统作为智能家居也是一个很重要的部分 现有的电动窗帘机的控制方 式有固定式开关控制 遥控 光控 声控等 其中以前两种形式居多 就实用程度 和经济角度来说 用固定式开关控制方式较好 这是因为窗帘的开闭不像电视习等 家电产品开闭得那样频繁 每天开闭的次数不多 因此安装在固定的地方使用也相 当方便 如把开关装在床头柜等电器综合控制系统中 睡在床上就能控制窗帘的开 闭 利用触摸开关 实现自动断电 既安全又节能 但最重要的一点就是没有实现 完全的白动化 没有摆脱对人的依赖作用 而采用遥控控制时 需要候机电源 不 可能为了完成断电而增加遥控功能 也增加了成木 售价也相应提高 窗帘机的控制方式大体上有三种 声控 光控 时控 声控和遥控属于半自动 类 而光控虽属全自动式 但因光敏器件的灵敏度 冬夏等不同季的光照度的不同 以 及人们对起闭窗帘在时间上的要求不同 而难以实施和普及 自动窗帘的设计 2 因此 时控式的自动窗帘机便成了专业以及业余电子设计人员的热门课题 根 据以上自动窗帘有些不能实现完全的自动化 有些虽然实现了完全的自动化 但结 构复杂 性能不够稳定 有些虽然实现了完全的自动化 且性能还可以 但价格昂 贵 不适合普通消费者使用 所以我想利用价格相对便宜的无线线遥控发射芯片 单片机作为主要控制器件 来完成该系统的设计 该系统主要有如下几方面的特点 1 采用无线发射和接受模块 大大方便了系统的设计 2 遥控自动窗帘可以实现远距离的操作 3 采用无线遥控方式 不会干扰其它电器的正常工作 也不会影响邻近的无 线设备 4 另一种控制方式为手动控制方式 防止停电后采用手动控制 5 体积小 结构简单 灵敏度高 抗干扰性强 经济实用 工作可靠 尽管遥控自动窗市系统在国内是一个新兴的行业 但是 它也正以不可抵挡之 势迅速崛起 遥控自动窗帘系统走进中国以来 在短短四年的时间里 遥控自动窗 帘系统生产商由最初的几家公司增加到如今的百余家企业 其行业发展之迅速是目 前国内任何其他行业无法比拟的 目前 我国遥控自动窗帘系统生产厂商 分销商 集成商与装饰公司都形成了相当规模 不少国内知名企业纷纷涉足遥控自动窗帘系 统行业 随着自动窗帘热潮在世界范围内的日渐兴起 随着中国电子技术的飞速发展 人们生活水平的不断提高以及智能电子技术在生活中的广泛应用 自动窗帘已经成 为未来家居装饰潮流发展的最新方向 在不久的将来 没有自动窗帘系统的住宅肯 定不合潮流 从日前的发展趋势来看 在未来的 20 年时间里 白动窗帘行业将成为 中国的主流行业之一 其市场的发展前景是非常广阔的 1 2 窗帘无线遥控器完成的功能 本文介绍一款使用微电脑管理的 无线遥控器控制的多功能窗帘控制器 该窗 控制器采用 AT89S51 单片机的最小系统设计 控制一个 12V 的可逆直流电动机控制 自动窗帘的设计 3 窗帘的拉开和关闭 另外该控制器采用无线发射模块 F05P 和无线接受模块 J04V 来 通过控制单片机间接控制电机 窗帘控制器可以使用无线遥控器进行远程手动开 手动关和自动停止控制 两种工作方式可以方便地进行选择 当选择无线遥控控制 方案时 手动控制无效 当选择手动控制方案时 无线遥控控制亦无效 另外 电 机拉动窗帘的工作的时间长度可以通过程序进行设置 自动窗帘的设计 4 2 总体设计方案 该窗帘控制器采用 AT89S51 单片机的最小系统设计 控制一个 12V 的直流电动 机控制窗帘的拉开和关闭 无线发射模块和无线接受模块分别 F05P 和 J04V 直流 电机通过 L298N 芯片来进行驱动 该窗帘控制器可以使用无线遥控器进行远程手动 开 手动关和自动停止控制 该无线遥控窗帘可谓是一款多功能的窗帘控制器 其 原理图如图 2 1 所示 硬件电路见附录 1 图 2 1 总体设计方案原理图 自动窗帘的设计 5 3 AT89S51 单片机概述 3 1 AT89S51 单片机简介 单片微型计算机 Single Chip Microcomputer 简称单片机 就是将微处理器 CPU 存储器 ROM 和 RAM 总线 中断系统 定时器 计数器 输入 输出 接口 I O 口 和其他多种功能器件集成在一块芯片上的微型计算机 由于单片机的 重要应用领域为智能化电子产品 一般需要嵌入仪器设备内 故又称嵌入式微控制 器 Embedded Microcontroller 单片机的主要特点如下 1 可靠性高 2 便于扩展 3 控制功能更强 4 低电压 低功耗 5 片内存储容量较小 单片机的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑 单片机的诞生标 志着计算机正式形成了计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支 单片机作为最经 典的嵌入式系统 它的成功应用推动了嵌入式系统的发展 3 2 AT89S51 单片机的硬件结构及引脚 3 2 1 AT89S51 单片机的内部结构 AT89S51 单片机包含 CPU 存储器 包括 RAM 和 ROM I O 接口 定时 计 数器 中断系统等几大单元 其结构框图如图 3 1 所示 自动窗帘的设计 6 图 3 1 单片机的内部结构框图 AT89S51 单片机的内部结构原理图如图 3 2 所示 自动窗帘的设计 7 图 3 2 单片机的内部结构原理图 1 中央处理器 CPU 1 8 位 CPU 能够进行布尔处理 2 内部时钟电路 3 总线控制逻辑 2 内部存储器系统 1 4KB 程序存储器 ROM EPROM Flash 可外扩至 64KB 2 128B 的数据存储器 可外扩至 64KB 3 I O 接口及中断 定时部件 1 4 个 8 位并行 I O 接口 2 5 个中断源的中断系统 2 级优先 3 2 个 16 位定时器 计数器 自动窗帘的设计 8 3 2 2 AT89S51 单片机的外部引脚 AT89S51 单片机有 40 个引脚 分为端口线 电源线和控制线三类 如图 3 3 所 示 是 DIP 封装的 MCS 51 单片机的引脚图 图 3 3 单片机引脚图 3 2 3 AT89S51 单片机的时钟电路及时钟信号 时钟电路是计算机的心脏 它控制着计算机的工作节奏 CPU 就是通过复杂的 时序电路完成不同的指令功能的 AT89S51 单片机的时钟信号可以有两种方式产生 一种是内部方式 利用芯片内部的震荡电路 产生时钟信号 如图 3 4 图 a 所示 另一种为外部方式 时钟信号有外部引入 如图 3 4 图 b 所示 它一般适用于多 片单片机同时工作时使用同一时钟信号以保证单片机的工作同步 自动窗帘的设计 9 图 3 4 单片机时钟电路 单片机的时钟信号分为晶振周期 时钟周期 机器周期和指令周期 1 晶振周期 振荡电路产生的脉冲信号的周期 是最小的时序单位 用 P 来表示 2 时钟周期 把 2 个晶振周期称为 S 状态 即时钟周期 通常包括两个节 拍 P1 和 P2 3 机器周期 把 12 个晶振周期称为机器周期 用 Tcy 表示 4 指令周期 执行指令所需的时间 一般为 1 个机器周期或 2 个机器周期或 4 个机器周期 3 2 4 AT89S51 单片机的复位电路 系统开始运行和重新启动靠复位电路来实现 这种工作方式为复位方式 单片机在开机时都需要复位 以便 CPU 及其他功能部件都处于一种确定的初始 状态 并从这个状态开始工作 CS 51 单片机在 RST 引脚产生两个机器周期 即 24 个时钟周期 以上的高电平 即可实现复位 自动窗帘的设计 10 复位电路有两种 上电自动复位和上电 按键手动复位 如图 3 5 所示 图 3 5 单片机复位电路 3 3 AT89S51 单片机最小系统简介 单片机的最小系统主要由电源 复位电路 振荡电路及其扩展部分等组成 其 原理图如图3 6所示 自动窗帘的设计 11 图3 6 单片机最小系统原理图 AT89S51单片机见附录3 自动窗帘的设计 12 4 无线收发电路 4 1 无线接收模块 J04V J04V 是一款低功耗小体积超再生接收模块 采用 SMT 工艺 性能稳定具有较 好的灵敏度及性价比 是电池供电产品的理想选择 可以广泛应用于需要长期处于 接收状态的遥控报警及单片机数据传输系统 1 主要特点 1 输出无噪声干扰 零电平 2 极低功耗 工作状态3V 0 2mA 3 特小体积 不需要外接天线 2 性能参数 1 接收频率 315MHz 433M 2 工作电压 DC3V 2 6 3 5V 3 工作电流 0 15 0 3mA 4 调制带宽 10K 5 输出电平 TTL 电平 6 接收灵敏度 90dBm 7 电路结构 超再生 8 外形尺寸 10 23 5mm 宽 X 长 X 厚 9 工作温度 40 60 3 引脚定义 1 外接天线 2 数据输出端 3 数据反向输出端 4 工厂测试端 悬空 5 地 6 正电源 DC 3V 自动窗帘的设计 13 图4 1 J04V 模块引脚 4 型号定义 说明 1 J04V 315M 为无线接收模块 J04V 接收频率为 315MHz 2 J04V 433M 为无线接收模块 J04V 接收频率为 433 92MHz 图4 2 J04V 模块 自动窗帘的设计 14 5 应用说明 J04V 工作频率为 315MHz 及 433MHz 可以定做 300470MHz 之间与声表面 波谐振器对应的频率 J04V 性能与 J04P 及 J04E 基本相同 是 J04P 及 J04E 的改进型低功耗产品 但引脚不兼容 J04V 与 J04T 性能有区别但引脚兼容可直接替换 为方便后级电路 的电平接口 J04V J04T 增加了数据反相输出端 无数据时 2 脚输出为零电平 3 脚为高电平 可输出 2mA 的驱动电流 若驱动低阻抗负载会引起 J04V 及 J04T 工 作电压的不稳定 J04V 工作电压范围 2 63 5V 2 6V 时工作电流在 0 15mA 3V 时约 0 2mA 3 5V 时约在 0 3mA J04V 适合电池或线性电源 可采用 3 7K或 4 7K 电阻从 5V 取得 3 5V 再加 220UF 电解电容滤波 电解电容的接地点必须靠近 J04V 的地 J04V 输出能力可 驱动一支发光二极管 如果从 6V 以上的电压用电阻降压会引起工作电压的不稳定 也可以从 220V 用电容降压整流滤波后用 7805 取得 5V 再用 3 7K 或4 7K 电阻降 压滤波取得 3 3V 不适合用稳压管串联分压 接收模块的电源直接影响到接收电路 的稳定性 也 是接收电路的主要干扰源 J04V 不适合开关电源也不适合用实验室 大整流电源做试验 J04V 不适合与发射用同一电源做试验 J04V 顶部镀银电感不要碰压 否则会引起频率偏移距离变近 J04V 内部具有放大整形电路 只适合数据信号的接收而不适合模拟信号 J04V 在 A 处点可根据需要接一支 470KM 的电阻可使 J04V 输出更干净 但 接收灵敏度会降低 J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上 要垂直于线路板 否则 会引起频率偏移 如果器 件较多还必须注意地线布局合理 如果有晶振或其他信号 源必须远离 J04V 否则会引起很多无法排除的干扰致使接收电路无法正常工作 J04V 可外接天线提高接收灵敏度 天线长度不限 自动窗帘的设计 15 6 应用电路 图 4 3 应用电路 7 电路说明 由于 J04V 是低功耗低电压超再生接收模块 只消耗 0 2mA 的电流 图 4 采 用 4 7K 电阻从 5V 取得 3 2V 再加 220UF 电解电容滤波给 J04V 供电 虽然 J04V 具有较宽的工作电压范围但电压在 3 3 2V 时才具有最佳的经受灵敏度 图 4 电路 J04V 和 PT2272 都是低功耗低电压器件当然也可以直接采用二节 1 5V 电 池供电 如果 2272 驱动的负载功率较大需要采用小体积高容量的锂 亚硫酰氯电池 见图 6 否则会引起接收电路的不稳定 PT2272 的 D0 D3 可以直接与单片机连接 也可以去掉 PT2272 由单片机直接解码 接收电路不适合使用纹波系数大与 50mV 的开关电源 因为接收模块对电源的 纹波很敏感 电源直接影响到接收电路的稳定性 不干净的电源就是接收电路的主 要 自动窗帘的设计 16 干扰源 J04V 应按装在印板边部并离开周围器件 5mm 以上 要垂直焊在线路板 上 否则会引起频率偏移 220UF 电解电容要靠近 J04V 的地 如果采用电池供电 电源线要尽可能短 做测试收发不可以使用同一电源也不适合用试验室直流电源 收发要离开 一米以上做测试 地线布局要合理 否则会引起很多无法排除的干扰致 使接收电路无法正常工作 图 4 电路也可以直接采用图 5 电路供电 7132 为低功耗 uA 级 三端稳压 器件 性能优于 7805 使用与 78L05 相同 4 2 无线发射模块 F05P F05P 是一款低成本 小体积 低功耗 ASK 无线发射模块 采用 SMT 工艺 声表稳频 内部具有一级调制电路及限流电阻 无数据时休眠 并具有较宽的工作 电压范围 适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输 F05P 在无数据输入时单片机必须为低电平状态 对应的接收电路 J04V J04T 为 第 2 脚 F05P 在无数据输入时单片机必须为高电平状态 对应的接收电路 J04V J04T 为第 3 脚 1 性能参数 1 发射频率 315MHz 433MHz 2 工作电压 DC 3V 12V 3 发射电流 2 10mA 4 发射功率 10mW 5 传输速率 10Kbps 6 频率稳定度 10 5 声表稳频 7 调制方式 ASK 8 外形尺寸 9 21 5mm 宽 X 长 X 厚 9 工作温度 40 60 2 引脚功能 1 正电源 3 12V 自动窗帘的设计 17 2 地 3 数据信号输入 平时为低电平 4 外接天线 图 4 4 F05P 引脚功能 3 型号定义 定义 1 F05P 315M 为无线发射模块 F05P 发射频率为 315MHz 2 F05P 433M 为无线发射模块 F05P 发射频率为 433 92MHz 自动窗帘的设计 18 图 4 5 F05P 模块 4 应用说明 F05P 性能与 F05C 基本相同 更稳定 是 05 年产品 引脚功能与 F05T 相同 可直接替换 F05P 采用 SMT 工艺 树脂封装 小体积 声表稳频 内部具有一级调制电 路及限流电阻 适合短距离无线遥控报警及单片机无线数据传输 F05P 具有较宽的 工作电压范围及低功耗特性 ASK 方式调制 F05P 不能任意调整发射电流 单片 机的数据可直接通过串口进入 F05P 的数据输入端 F05P 在无数据输入时单片机 必须为低电平状态 对应的接收电路 J04V J04T 为第 2 脚 F05P 在无数据 输入时单片机必须为高电平状态 对应的接收电路 J04V J04T 为第 3 脚 F05P 需要输入数据才能发射 数据信号停止 发射电流为零 F05P 对 0 1 1ms 的数据脉冲发射效果较理想 过宽过窄的脉冲会引起调制效率下降 过调制或 调制不足使收发距离变近 F05P 对直流电平及模拟信号不能发射 如在数据位前加 一些乱码可以抑制接收机的零电平燥声干扰 若采用通用编码器 2262 发射效果比 单片机好 因为 2262 的数据无论怎么变但脉宽是不变的 即使出现一点突发性的 外界干扰 解码器的宽容性也会解码输出高电平 而单片机则会出现数据错误 所 以单片机必须要工作在可靠的收发区域才能保证较低的误码率 F05P 有 4 个功能引脚 因为体积小 功耗底无天线只能满足短距离使用 而 天线对距离起着很大的作用 天线能否匹配也是很关键 匹配良好的天线能增加几 倍的距离 匹配不好的天线效果很差甚至会引起频率漂移 天线的长度应取发射频 率的 1 4 波长 可以用一根直径 0 5 1 毫米 长度 433M 18 厘 米 315M 24 厘米的漆包线代替 但天线必须拉直 指向无所谓 短于 1 4 波长或弯曲的天线效 果会很差 F05P 应垂直安装在印板边部 应离开周围器件 5mm 以上 以免受分布参数 影晌而停振 FO5P 发射距离与输入信号 发射电压 电池容量 发射天线及发射 环境有关 在障碍区由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域 不同的收发环境 会有不同的收发距离 F05P 最佳有效工作距离为 100M 左右 自动窗帘的设计 19 F05P 对应接收电路根据需求可选用 J04V J05R J05P 3400 3100 等同频 率接收模块配套 5 应用电路 图 4 6 F05P 应用电路 6 电路说明 图 4 5 为 F05P 外型图 图 4 6 为最基本的由单片机来控制收发的一则典型应 用电路 需要注意 PT2262 的 14 脚 TE 端低电平维持的时间必须大于 2262 连续 发送三组码的周期 2262 发码的周期与 2262 的振荡电阻有关 周期的计算详见 PT2262 资料 各种品牌的 2262 振荡电阻配套有区别 频率的计算参见厂家提供 的资料 2262 的 TE 端置高后 2262 停止发码 17 脚变为低电平 F05P 进入休 自动窗帘的设计 20 眠状态 如果不需要单片机来控制可以将 14 脚接地或者用按纽开关来控制 也可 以从 4 个数据端用 4 个 4148 控制 2262 的 18 脚电源 需要将 14 脚接地 2262 的 1 8 脚为三态 地址编码 悬空状态码型比较好 如果没有特别要求最好不要把地址码全部置高或 置低 这样容易误码 10 13 脚为数据码只有二种状态置高或置低 可以任意设置 2272 的 10 13 脚就有对应的输出 2262 与 2272 的地址编码必须一致 4 3 PT2262 PT2272 编码解码芯片 PT2262 PT2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位 通用编解码电路 PT2262 PT2272 最多可有 12 位 A0 A11 三态地址端管脚 悬空 接高电平 接低电平 任意组合可提供 531441 地址码 PT2262 最多可有 6 位 D0 D5 数据端管脚 设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出 可用于无线遥控发射电 路 编码芯片 PT2262 发出的编码信号由 地址码 数据码 同步码组成一个完整 的码字 解码芯片 PT2272 接收到信号后 其地址码经过两次比较核对后 VT 脚 才输出高电平 与此同时相应的数据脚也输出高电平如果发送端一直按住按键 编 码芯片也会连续发射 当发射机没有按键按下时 PT2262 不接通电源 其 17 脚 为低电平 所以 315MHz 的高频发射电路不工作 当有按键按下时 PT2262 得电 工作 其第 17 脚输出经调制的串行数据信号 当 17 脚为高电平期间 315MHz 的 高频发射电路起振并发射等幅高频信号 当 17 脚为低平期间 315MHz 的高频发射 电路停止震荡 所以高频发射电路完全受控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号 从而对高频电路完成幅度键控 ASK 调制 相当于调制度为 100 的调幅 4 3 1 PT2262 PT2272 特点及引用范围 1 特点 1 CMOS 工艺制造 低功耗 2 外部元器件少 自动窗帘的设计 21 3 RC 振荡电阻 3 工作电压范围宽 2 6 15v 4 数据最多可达 6 位 5 地址码最多可达 531441 种 2 应用范围 1 车辆防盗系统 2 家庭防盗系统 3 遥控玩具 4 其他电器遥控 4 3 2 PT2262 1 PT2262 引脚图 图 4 7 PT2262 引脚图 2 PT2262 管脚说明 名称管脚说明 自动窗帘的设计 22 A0 A111 8 10 13地址管脚 用于进行地址编码 可置为 0 1 f 悬 空 D0 D57 8 10 13数据输入端 有一个为 1 即有编码发出 内部下拉 Vcc 18 电源正端 Vss 9 电源负端 TE14 编码启动端 用于多数据的编码发射 低电平有效 OSC1 16 编码启动端 用于多数据的编码发射 低电平有效 OSC2 15 振荡电阻输入端 与 OSC2 所接电阻决定振荡频率 Dout 17 编码输出端 正常时为低电平 3 PT2262 的参数 1 极限参数 Ta 25 参数符号参数范围单位 电源电压Vcc2 15 0V 输入电压Vi 0 3 Vcc 0 3V 输出电压Vo 0 3 Vcc 0 3V 最大功耗 Vcc 12V Pa300mW 工作温度Topr 20 70 贮存温度Tstg 40 125 2 电气参数 除非特殊说明 Tamb 25 VDD 12 0V 参数符号测试条件最小值典型值最大值单位 电源电压Vcc212V 电源电路IccVcc 12V 振荡器停振 A0 A11 开路 0 20 3 A Dout 输出Vcc 5V VOH 3V 3mA 自动窗帘的设计 23 Vcc 8V VOH 4V 6mA驱动电流IOH Vcc 12V VOH 6V 10mA Vcc 5V VOL 3V2mA Vcc 8V VOL 4V5mA Dout 输出 陷电流IOL Vcc 12V VOL 6V9mA 4 3 3 PT2272 1 PT2272 引脚图 图 4 8 PT2272 引脚图 2 PT2272 管脚说明 名称管脚说明 A0 A111 8 10 13地址管脚 用于进行地址编码 可置为 0 1 f 悬 空 必须与 2262 一致 否则不解码 D0 D57 8 10 13 地址或数据管脚 当做为数据管脚时 只有在地址码与 2262 一致 数据管脚才能输出与 2262 数据端对应的高电平 否则 输出为低电平 锁存型只有在接收到下一数据才能转换 Vcc 18 电源正端 自动窗帘的设计 24 Vss 9 电源负端 DIN14 数据信号输入端 来自接收模块输出端 OSC1 16 振荡电阻输入端 与 OSC2 所接电阻决定振荡频率 OSC2 15 振荡电阻振荡器输出端 VT 17 解码有效确认 输出端 常低 解码有效变成高电平 瞬态 4 3 4 PT2262 PT2272 芯片的地址编码设定和修改 在通常使用中 我们一般采用 8 位地址码和 4 位数据码 这时编码电路 PT2262 和解码 PT2272 的第 1 8 脚为地址设定脚 有三种状态可供选择 悬空 接正电源 接地三种状态 3 的 8 次方为 6561 所以地址编码不重复度为 6561 组 只有发射端 PT2262 和接收端 PT2272 的地址编码完全相同 才能配对使用 遥控模块的生产厂家为了便于生产管理 出厂时遥控模块的 PT2262 和 PT2272 的 八位地 址编码端全部悬空 这样个人可以很方便选择各种编码状态 个人如果想改变地址 编码 只要将 PT2262 和 PT2272 的 1 8 脚设置相同即可 当两者地址编码完全 一致时 接收机对应的 D1 D4 端输出约 4V 互锁高电平控制信号 同时 VT 端 也输出解码有效高电平信号 我们可将这些信号加一级放大 便可驱动继电器 功 率三极管等进行负载遥控开关操纵 遥控类产品上一般都预留地址编码区 采用焊锡搭焊的方式来选择 悬空 接 正电源 接地三种状态 出厂是一般都悬空 便于修改地址码 自动窗帘的设计 25 5 直流电机驱动电路 由于电机在正常工作时对电源的干扰很大 如果只用一组电源时会影响单片机 的正常工作 所以我们选用双电源供电 一组 5V 给单片机和控制电路供电 另外 一组 10V 给电机供电 5 1 L298N 芯片 L298 是 SGS 公司的产品 比较常见的是 15 脚 Multiwatt 封装的 L298N 内部 同样包含 4 通道逻辑驱动电路 可以方便的驱动两个直流电机 或一个两相步进电 机 L298N 芯片可以驱动两个二相电机 也可以驱动一个四相电机 输出电压最 高可达 50V 可以直接通过电源来调节输出电压 可以直接用单片机的 I O 口提供 信号 而且电路简单 使用比较方便 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS VSS可接 4 5 7 V 电压 4 脚 VS接电源电压 VS电压范围 VIH为 2 5 46 V 输出电流可达 2 5 A 可驱动电 感性负载 1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻 形成电 流传感信号 L298 可驱动 2 个电动机 OUT1 OUT2 和 OUT3 OUT4 之间可分别 接电动机 本实验装置我们选用驱动一台电动机 5 7 10 12 脚接输入控制电平 控制电机的正反转 EnA EnB接控制使能端 控制电机的停转 L298N 功能逻辑图 如图 5 1 所示 自动窗帘的设计 26 图 5 1 L298N 内部 L298N 控制器原理如图 5 2 所示 图 5 2 L298N 控制器原理图 1 虚线框图 1 控制电机正反转 U1A U2A 是比较器 VI来自炉体压强传 感器的电压 当 VI VRBF1时 U1A 输出高电平 U2A 输出高电平经反相器变为低 自动窗帘的设计 27 电平 电机正转 同理 VI VRBF1时 电机反转 电机正反转可控制抽气机抽出气 体的流量 从而改变炉体压强 2 虚线框图 2 中 U3A U4A 两个比较器组成双限比较器 当 VB VI VA 时输出低电平 当 VI VA VI VB时输出高电平 VA VB是由炉体压强转感器转 换电压的上下限 即反应炉体压强控制范围 根据工艺要求 我们可自行规定 VA VB的值 只要炉体压强在 VA VB所确定范围之间电机停转 注意 VB VRBF1 VA 如果不在这个范围内 系统不稳定 3 虚线框图 3 是一个长延时电路 U5A 是一个比较器 Rs1是采样电阻 VRBF2是电机过流电压 Rs1上电压大于 VREF2 电机过流 U5A 输出低电平 由上 面可知 框图 1 控制电机正反转 框图 2 控制炉体压强的纹波大小 当炉体压强太 小或太大时 电动机转到两端固定位置停止 电机转数 N 为 0 电机的电流急剧增 加 时间过长将会使电机烧坏 但电机起动时 电机中线圈中的电流也急剧变大 因此我们必须把这两种状态分开 长延时电路可把这两种状态区分出来 长延时电 路工作原理 当 Rs1过流 U5A 产生一个负脉冲经过微分后 脉冲触发 555 的 2 脚 电路置位 3 脚输出高电平 由于放电端 7 脚开路 C1 R5及 U6A 组成积分器开始 积分 电容 C1上的充电电压线性上升 延时运放积分常数为 100R5C1 当 C1上充电 电压 即 6 脚电压超过 2 3 VCC 555 电路复位 输出低电平 电机启动时间一般 小于 0 8 s C1 充电时间一般为 0 8 1 s U5A 输出电平与 555 的 3 脚输出电平 经 U7 相或 如果 U5A 输出低电平大于 C1充电时间 U7 在 C1充电后输出低电平由 与门 U8 输入到 L298N 的 6 脚 ENA 端使电机停止 如果 U5A 的输出电平小于 C1充 电时间 6 脚不动作电机的正常启动 长延时电路吸收电机启动过流电压波形 从 而使电机正常启动 下图是其引脚图 自动窗帘的设计 28 图 5 3 L298N 引脚图 5 2 直流电机驱动电路 图 5 4 为采用内部集成有两个桥式电 路的专用芯片 L298 所组成的电机驱动电 路 驱动芯片 L298 是驱动二相和四相步进电机的专用芯片 我们利用它内部的 桥 式电路来驱动直流电机 这种方法有一系列的优点 每一组 PWM 波用来控制一个 电机的速度 而另外两个 I O 口可以控制电机的正反转 控制比较简单 电路也很 简单 一个芯片内包含有 8 个功率管 这样简化了电路的复杂性 自动窗帘的设计 29 图 5 4 L298N 电机驱动电路 OUT1 OUT2 和 OUT3 OUT3 之间分别接两个电机 IN1 IN2 IN3 IN4 从 单片机接输入控制电平 控制电机的正反转 ENA ENB 接控制使能端 控制电机 的停转 1 15 脚是输出电流反馈引脚 1 15 脚是输出电流反馈引脚 L298N 的逻 辑功能表如表 5 1 所示 表 5 1 L298N 的逻辑功能表 左电机右电机 IN1IN2IN3IN4 左电机右电机 1010正转正转 1001正转反转 1011正转停 0110反转正转 1110停正转 自动窗帘的设计 30 0101反转反转 6 直流稳压电源 稳压电路可以起稳压作用即当电网电压波动或负载发生变化时 输出电压近似 保持不变的电路 他是直流稳压电源不可缺少的重要组成部分 决定了直流稳压电 源的性能及使用场合 自动窗帘的设计 31 6 1 三端固定集成稳压器工作原理 三端固定电压输出集成稳压器是一种典型的串联调整式稳压器 从图 6 1 可以 看出 它由启动电路 基准电路 误差放大器 调整管 取样电阻等组成 与分立 元器件的串联调整稳压器电路工作原理完全相同 图 6 1 三端固定集成稳压器框图 它的全部元器件都制作在一片 2 1mm 2 4mm 的硅片上 大部分电路都采用 了线性集成电路的通用线路理论和技术 如恒流源 能隙式基准电压源 高增益 低漂移误差放大器等 自动窗帘的设计 32 下面以 7800 系列为例 简要分析电路功能 图 6 2 为其电路原理图 图 6 2 7800 三段集成稳压器电路原理图 1 启动电路启动电路由 R4 VD1 VT12 VT13 R5 R6 R7 等组成 当电 路接通时 输入电压经 R4 使 VDl 有电流通过而建立稳定电压 这样使 VT12 导通 这时有电流通过 R5 R6 R7 使 VT13 基极建立足够的电位 VT13 的集极电电流 流入 VT8 VT9 推动基准源电路及误差放大器进入正常工作状态 这时启动电路 与其他电路的联系被切断 2 基准电压源电路由 VT8 VT9 组成镜像恒流源 由 VT1 VT2 VT5 VT6 及 R1 R2 R3 R15 组成能隙式基准电压源 它的特点是低噪声 零温漂 精度 高 3 误差放大器它的部分电路与基准源共用 VT3 VT4 接成达林顿结构 共射 组态 并采用了温度补偿措施 以恒流源 VT9 作为集电极的有源负载 这样使得放 大器有很高的增益 自动窗帘的设计 33 4 调整管调整管是稳压器的关键器件 由 VTl6 VTl7 组成达林顿结构 成射 极跟随器输出 5 保护电路由 R11 R12 VT15 组成过电流保护和短路保护电路 全部负载电 流都流经 R11 使之成为检测元件 当输出电流超过规定值时 R11 上的压降将大于 0 6V 这时 VTl5 导通 流入 VT16 的基极电流被 VT15 分流 这是一种典型的限 流型保护电路 R12 R13 VD2 VT15 组成了调整管安全工作区保护电路 在容许工作电流 下 VT17 的 Vce 处在 VD2 的齐纳击穿电压之下 7V 当工作电流加大时 VD2 R13 将有电流通过而流人 VT15 基极 这时 VT15 集电极将流过电流 从而减 少 VT16 基极电流 起到保护作用 过热保护电路是巧妙地运用齐纳稳压管的正温漂和晶体管的负温漂 由 R7 VT14 组成 在常温下 VR7 0 4V VT14 不工作 当芯片的温度由于某种原 因超过临界值时 VR7 上升 而 VT14 的阈值却随温度上升而下降 结果 VT14 导 通 集电极电流加大 引出了 VT16 的基极电流 从而减少 VT17 的输出电流 一 般来说 过热主要是功耗过大 而功耗又与输出电流的二次方成正比 VTl7 的输出 电流下降必然引起功耗下降 这样结温也随之下降 从而实现过热保护的目的 6 2 三端固定集成稳压器应用注意事项 1 防止引脚中的输入端与输出端反接 7800 与 7900 系列稳压器的生产厂家很多 由于不同厂家产品引脚的编号不统一 有的厂家引脚编号按 1 2 3 排列 有的厂 家则按 1 3 2 排列 所以在使用前一定要将引脚的三个端弄清 区分出输入 输 出端 最好先参阅生产厂家的产品说明 确认无误后再接入电路 否则 反接电压 超过 7V 时将会击穿功率调整管 损坏稳压器 2 防止稳压器的浮地故障 7800 系列稳压器外壳与接地端相连 而外壳通常又接 在散热片上 有人认为有了散热器与地线的接触可以不必再接稳压器的接地端 这 是不正确的 因为机械接点时间一长 表面会因氧化 受振动等原因而导致接触不 良 这样会造成浮地故障 如图 6 3 所示 一旦接地端断开时 输出电压 Vo 就可能 自动窗帘的设计 34 接近未稳压的输入电压 Vi 这样就可能因 Vo 电压过高而造成负载电路的损坏 所 以必须在稳压器的接地端接可靠的地线 发现浮地故障时 应先断电后接线 不然还有可能损坏稳压器 3 防止稳压器输入端短路当稳压器接有大电容负载 并且输出电压高于 6V 时 应当在输入端与输出端接人保护二极管 如图 6 4 所示 图 6 3 浮地故障 图 6 4 输入短路保护电路 当输入端对地短路时 其电位迅速接近零电位 而输出端由于有大电容 储存 很多电荷而来不及释放 其电位仍接近输出电压值 Vo 这时电容将通过稳压器的输 出调整管释放电荷 其 PN 结在高于 7V 的反向偏置电压下会被击穿 如果有了保护 二极管 就能及时将电容的电荷释放 从而保护了稳压器 当然 如果在实际电路 中输入端不会出现短路情况 也可以不接保护二极管 4 瞬态过电压 在各型稳压器的参数中 都给出了最大输入电压值 Vimax 在 实际使用中一定要注意输入电压不能超过此值 如果一旦有瞬态电压超过额定输入 电压的最大值 或者低于地电位 0 8V 以上 并且有足够的能量时 就会损坏稳压 自动窗帘的设计 35 器 特别是当输入端远离滤波电容时 这时可以在输入端与公共端之间接入一个大 于 0 1 F 的电容加以解决 在安装时 要注意尽量使滤波电容和 0 33 F 电容靠近稳压器 这样可以有效 地防止瞬态过电压 如图 6 5 所示 图 6 5 防治瞬态输入过电压 6 3 直流稳压电源模块的设计 三端集成稳压器的组成包括了串联型直流稳压电路的各个部分组成部分 另 外加上保护电路和启动电路 在 W7800系列三端集成稳压器中 已将三种保护电路 集成在芯片内部 他们是限流保护电路 过热保护电路和过压保护电路 当输出电 压比较高 应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管 VD 如图6 6中有断线点 其作用是在输入到短路时 使 Co 通过二极管放电 以便保护集成稳压器内部的调 整管 自动窗帘的设计 36 图6 6 直流稳压电源模块 7 软件设计 7 1 系统流程图 系统主程序完成系统初始化及各个程序之间的联系任务 如图 7 1 所示 图 7 1 系统主程序流程图 系统主程序流程图说明 电路分为 5 个部分 分别是电源部分 无线接收部分 手动控制部分 电机控 制执行部分 单片机主控器件部分 电源部分通过外接插座输入交流 220V 电压 220V 交流电经过整流滤波后 再 经过三端集成稳压器稳压后输出 10V 电压为微型直流电机提供工作电压 在本电路 自动窗帘的设计 37 中为了节省成本 无线遥控发射使用一节 9V 普通干电池供电 无线接收电路使用 一个集成红外接收器 型号是 J04V 静态时输出端输出低电平 当接收到无线信号 后 按无线信号的数据波形输出正脉冲数据信号 无线信号输出到单片机的 P2 3 和 P2 4 引脚 其中 P2 3 控制电机正转 P2 4 控制电机反转 一旦无线信号到来 P2 3 或 P2 4 被拉高 单片机开始接收 处理无线信号 手动控制部分通过单片机 P2 0 P2 1 和 P2 2 引脚实施控制 其中 P2 0 控制电 机正转 P2 1 控制电机反转 P2 2 控制电机停转 电机执行部分完全受单片机的控制 通过单片机的 P0 0 和 P0 1 完成 单片机 复位状态下 P0 0 和 P0 1 输出低电平 电动机因无电源供电而停止 当 P0 0 或者 P0 1 其中有一个被拉高后 电机开始转动 例如当 P0 0 拉高后电机得电正转 当 P0 1 拉高后 电机则反方向转动 实现