車門控制電路的研制本科畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 動電路工作，通過繼電器吸合與斷開帶動電動機的工作實現車門打開與關閉能夠實現車門的制動控制。這里為了實驗需要直接采用燈泡的亮暗來代替車門的打開與關閉。 [18] 7 圖 351 車門控制電路 圖 352 車門狀態采集電路 圖 351 是采集電路，從這里可以采集到此時車門的開關狀態，將信號傳輸到控制器，方便控制器實現判斷，為是否報警提供依據。 光電傳感電路： 光電傳感電路這里實際上就是一個光控電路，使用光控電路可實現用一些光源來控制用電電路的開啟與關閉，并能實現電路的自動動作。如常見 的路燈控制電路就是此類電路。光控電路的工作原理是應用光敏元件來實現光線對其影響。常見的光敏元件有光敏二極管、光敏三極管和光敏電阻等。為了盡量減小溫度影響，電路中的關敏元件均采用光敏電阻，以提高電路整體的靈敏度。 [19] 圖 36 光電傳感電路 圖 36 是 利用光敏電阻，通過單片機 AD 采集器采集光敏電阻的端電壓當端電壓大于或等于 2V 是判斷為白天，當端電壓小于 2V 是判斷為黑夜，以實現對白天與黑夜的信號采集。 8 報警電路 在實驗中常用的報警電路有由 555 構成的多諧震蕩電路，本次設計為了容易實現，控制簡單，采用的是 控制器控制蜂鳴器報警電路，電路圖如下。 圖 37 報警電路 蜂鳴器發聲原理是電流通過電磁線圈， [20]使電磁線圈產生磁場來驅動振動膜發聲的，因此需要一定的電流才能驅動它，單片機引腳輸出的電流較小，單片機輸出的 TTL 電平基本上驅動不了蜂鳴器，因此需要增加一個電流放大的電路。這里采用的是通過一個三極管8050 來放大驅動蜂鳴器。 當單片機給出信號后，在三極管的基極電流很小不足以是蜂鳴器發聲，此時該電流經過三極管放大后形成一個放大一定倍數的集電極電流，此時在蜂鳴器兩端就會形成一個完全能夠是蜂鳴器發聲的電壓信號，以 保證蜂鳴器發聲。 繼電器的選擇與驅動電路 本文控制電路主要器件采用的是繼電器，要實現用單片機控制繼電器達到以弱控強的電路，我在這里采用的是電磁式繼電器，電磁式是一種在電路中非常常見的繼電器，在電路中主要起到保護電路的作用。下面再來介紹一下單片機和強電之間的橋梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點電繼電器的一種。它是利用電磁效應實現電路開、關控制作用的元件，廣泛應用在電子設備、儀器儀表及自動化設備中。在各種自動控制設備中，都要求用一個低壓電路控制一個高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的 電隔離，還可以保護電子電路和人員安全。 下面我們看一下電磁繼電器的構造：電磁繼電器的構造：如圖 38 所示， A是電磁鐵，B是銜鐵， C是彈簧， D 是動觸點， E是靜觸點。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成。控制電路是由電磁鐵 A、銜鐵 B、低壓電源 E1和開關組成；工作電路是由小燈泡 L、電源 E2和相當于開關的靜觸點、動觸點組成。連接好工作電路，在常態 9 時， D、 E 間未連通，工作電路斷開。用手指將動觸點壓下，則 D、 E 間因動觸點與靜觸點接觸而將工作電路接通，小燈泡 L 發光。閉合開關 S，銜鐵被電磁鐵吸下來，動觸點 同時與兩個靜觸點接觸，使 D、 E 間連通。這時彈簧被拉長，觀察到工作電路被接通，小燈泡 L發光。斷開開關 S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置，動觸點與靜觸點分開，工作電路被切斷，小燈泡 L 不發光。 電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使 D 和 E 接觸，工作電路閉合。電磁鐵斷電時失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。 圖 38 繼電器原理圖 在我們的設計中要利用繼電器實現控制的作用，首先要對繼電器進行驅動，接下來看看繼電器的驅動，這是典型的繼電器驅動電路圖。圖 39 中的三極管放大采用的是 PNP 三極管，實際 設計 電路圖中使用的是 NPN 三極管。 圖 39 繼電器驅動電路 單片機是一個弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。驅動電流在 mA 級以下。而要把它用于一些大功率場合，比如控制電動機，顯然是不行的。所以，就要有一個環節來銜接，這個環節就是所謂的“功率驅動”。繼電器驅動就是一個典型的、簡單的功率驅動環節。在這里，繼電器驅動含有兩個意思 :一是對繼電器進行驅動，因為繼電器本身對于單片機來說就是一個功率器件：還有就是繼電器去驅動其他負載，比如繼電器可以驅動中間繼電器，可以直接驅動接觸器 ，所以，繼電器驅動就是單片機與其他大功率負載接口。 圖 39里面的三極管非常重要，在我們的各種電路設計中三極管都是一個不可或缺的 10 元件，用途十分的廣泛。三極管有兩個作用一個是放大作用，一個是開關作用。在這里，我們只了解它跟本電路有關的開關作用。 首先把三極管想成一個水龍頭，上面的 VCC 就是水池，繼電器是一個水輪機，下面的 GND 是比水池低的任何一點。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個帶有電阻的引腳。現在，單片機的某一個需要控制這個繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當單片機的這個引腳輸出低電平的時候， 就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機”就開始轉起來了。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關“水龍頭”，繼電器”水輪機”因為沒有水流下來，就會停止。 這就是三極管的開關作用簡單的理解和記憶就是：三極管是一個開關器件，其實你真的可以將它看成是一個開關，只不過它不是用手來控制，而是用電壓來控制的，因此，三極管有些時候也被稱做電子開關。圖上還有一個東西，是保護二極管，一般是防止反電動勢起到保護作用。 11 4 軟件設計 主控制器的選擇 STM32 系列 單片機是一款 高性能、低成本、低功耗的嵌 入式應用 的單片機，它的內核是 ARM CortexM3。 ST 公司對 STM32 進行了產品劃分， 按性能分成兩個不同的系列：STM32F103 屬于 增強型系列和 STM32F101 是 基本型系列。增強型 STM32F103 系列 的系統 時鐘頻率 可 達到 72MHz，是同類 中低端 產品中性能 是屬于 最高的 一款 產品 。 STM32F101 基本型 的系統 時鐘頻率 是 36MHz， 它的 16 位產品比 其他公司的 16 位產品 在價格上有 大幅提升了 性能，是 16 位 單片機 用戶的最 好的 選擇。 STM32F103 與 STM32F101 系列都內置 32K 到128K 的閃存， 所 不 一樣 的是 SRAM 的最大容量 是和 外 部設備 接口的組合。 當系統 時鐘 的 頻率 為 72MHz 時， 單片機 從 內部 閃存 位置開始 執行 初始 代碼， STM32 總的系統 功耗 36mA，是32位 單片機 市場 中 功耗最低的 一款 產品， 電流頻率比為 。 以下是 STM32F103C8T6 的實物圖。 圖 41 STM32F103C8T6 實物圖 STM32F103C8T6 總共有 48個引腳， PA0— PA15 端口 A15 個、 PB0— PB15 端口 B15 個， 2個外部晶振引腳 OSC_IN、 OSC_OUT， 1 個復位引腳 NRST， 2 個 的實時時鐘晶振引腳， BOOT0 程序驅動腳。 VDDA、 VDD_ VDD_ VDD_3 與 VSS、 VSS_ VSS_ VSS_3 總共8個電源引腳，包括模擬供電電源。內核采用 ARM 32 位的 CortexM3，最高 72MHz 工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲器采用從 64K 字節的閃存程序存儲器，高達 20K 字節的SRAM；時鐘、復位和電源管理采用 伏供電和 I/O 引腳 ，上電 /斷電復位 (POR/PDR)、可編程電壓監測器 (PVD)， 8MHz 晶體振蕩器，內嵌經出廠調校的 8MHz 的 RC 振蕩器，內嵌帶校準的 40kHz 的 RC 振蕩器，產生 CPU 時鐘的 PLL，帶校準功能的 32kHz RTC 振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機和待機模式， VBAT 為 RTC和后備寄存器供電； 2個 12位模數轉換器，1us 轉換時間 (多達 16 個輸入通道 ) ，轉換范圍： 0 至 ，雙采樣和保持功能，還有內部溫度傳感器；內部共有 7 通道 DMA 控制器，支持的外設有 3 個定時器、 ADC、 SPI、 I2C和 USART 等；調試模式可 選擇串行單線調試 (SWD)和 JTAG 接口。如下圖所示。 12 圖 42 STM32F103C8T6 引腳圖 圖 43 是 STM32F103C8T6 的外部時鐘，本方案采用 8M 外部晶振，進過內部 9 倍頻后得到 72M 系統時鐘，圖 43 中的 30pF 電容與 10pF 電容為晶振的啟動電容，不能偏大也不能偏小，鏈接 8M 的晶振上經典值電容應該選擇 30pF， 晶振上的電容最大不能超過 15pF，晶振連接圖如 43圖所示。 圖 43 外部時鐘電路 單片機最小系統包括單片機芯片、晶振、復位電路，如圖 44 所示為單片機的復 位電路， SW1 為復位按鍵，常態為開，當按下時為閉合， R4為 10K 電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取 10K， C5為濾波電容，大小選擇 104 電容，也就是 100nF 陶瓷電容，防止復位按鍵抖動，導致系統誤復位，啟動濾除系統脈沖的作用，保護最小系統的正常工作。通常機械按鍵都有一個抖動過程，就需要通過這個電容來濾除按鍵產生的抖動。 圖 44 復位電路 13 通常供電電源都有小幅波動，需要通過使用大電容來濾除電源抖動，圖 45 中的 4個電容是靠近 STM32F103C8T6 的電源引腳上放的，防止電源 引腳有抖動信號的干擾。 104 電容為通用的選取阻值。 圖 45 電源防抖動電路 為了實現單片機的正常工作，就需要為單片機提供穩定的供電電源，這里使用LM1117 線性穩壓芯片為單片機提供穩定的 + 電源，圖 46 中 P6 與 P7 為排針，方便杜邦線的插拔， C C6 為 +5V 電源的輸入濾波電容，穩定輸入的 +5V 電壓，使用 100nF 濾除高頻干擾， 100uF 濾除低頻干擾， C C7為輸出濾波電容，穩定輸出電壓，使用 100nF 濾除輸出的高頻干擾， 100uF 濾除輸出的低頻干擾，為單片機提供可靠的供電電源。 圖 46 供電電路 下圖中為單片機下載方式選擇端，或者是程序驅動方式選擇端。 STM32 有三種啟動模式對應的存儲介質均是芯片內置的，它們是： 1）用戶閃存 = 芯片內置的 Flash。 2） SRAM = 芯片內置的 RAM區，就是內存啦。 3）系統存儲器 = 芯片內部一塊特定的區域，芯片出廠時在這個區域預置了一段Bootloader，就是通常說的 ISP程序。這個區域的內容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個 ROM 區。 在每個 STM32 的芯片上都有兩個管腳 BOOT0 和 BOOT1，這兩個管腳在芯片復位時的電平狀態決定了芯片復位后從哪個區域開始執行程序 。 BOOT1=x BOOT0=0 從用戶閃存啟動，這是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 從系統存儲器啟動，這種模式啟動的程序功能由廠家設置。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內置 SRAM 啟動，這種模式可以用于調試。 要注意的是，一般不使用內置 SRAM 啟動 (BOOT1=1 BOOT0=1)，因為 SRAM 掉電后數據就丟失。多數情況下 SRAM 只是在調試時使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到 SRAM 中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的 Flash或 EEPROM 等。還可以通過這種方法解除內部 Flash 的讀寫保護，當然解除讀寫保護的同 14 時 Flash 的內容也被自動清除，以防止惡意的軟件拷貝。 一般 BOOT0 和 BOOT1 跳線都跳到 0(地 )。串口下載的情況下， BOOT0=1， BOOT1=0 ，再復位，點擊下載，下載完成后，把 BOOT0 的跳線接回 0，也即 BOOT0=0， BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將 BOOT1 直接通過 100K 下拉電阻拉直地