基于多傳感器的智能窗系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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2 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 傳感與輸入部分
2．1．1 風(fēng)速傳感器
考慮到系統(tǒng)應(yīng)具有體積小，成本低的特點(diǎn)，氣象測(cè)量中使用的風(fēng)杯式傳感器無(wú)法滿足要求，因此將風(fēng)速信號(hào)轉(zhuǎn)化成壓力信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。選用的LAM—H4壓力傳感器采用應(yīng)變電橋原理，將作用在表面的微小壓力轉(zhuǎn)化為差分電壓。輸出的信號(hào)經(jīng)放大后再輸入單片機(jī)處理，經(jīng)換算即可表示風(fēng)力等級(jí)。傳感器精度等級(jí)0．05％R．O，輸出靈敏度0．6±20％mV／V，保證了測(cè)量風(fēng)速精度為0．1 m／s。
2．1．2 濕度傳感器
濕度傳感器用于檢測(cè)空氣中的相對(duì)濕度，例如，當(dāng)相對(duì)濕度大于90％，可認(rèn)為有雨，智能窗將自動(dòng)關(guān)閉。選用AH11濕度模塊作為濕度傳感器。模塊的供電為+5 V直流電壓，相對(duì)濕度通過(guò)電壓輸出進(jìn)行計(jì)算。本模塊濕度檢測(cè)精度±5％RH，且已帶溫度補(bǔ)償，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，滿足系統(tǒng)要求。
2．1．3 光強(qiáng)傳感器
為便于用戶根據(jù)光強(qiáng)不同決定開(kāi)窗狀態(tài)，設(shè)置了光強(qiáng)傳感器。利用光敏電阻GL5528自行設(shè)計(jì)了光強(qiáng)傳感器。光敏電阻是利用半導(dǎo)體光電效應(yīng)制成的一種阻值隨入射光強(qiáng)變化而改變的電阻器，入射光變強(qiáng)，電阻減小。使用時(shí)將光敏電阻與10 k；Ω的電阻R構(gòu)成測(cè)量電橋后接至5V電源，當(dāng)外界光照變強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值變小，R分壓變大，取R上的電壓差值即可判斷光強(qiáng)變化。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于電路簡(jiǎn)單。
2．1. 4 紅外遙控
遙控設(shè)備在本系統(tǒng)內(nèi)起著至關(guān)重要的作用，它是人機(jī)交互的通道。系統(tǒng)采用紅外一體化接收頭HS0038將遙控信號(hào)的接收、放大、檢波、整形集于一身，并且輸出可以讓單片機(jī)識(shí)別的TTL信號(hào)，這樣大大簡(jiǎn)化了接收電路的復(fù)雜程度和電路的設(shè)計(jì)工作。HS0038由黑色環(huán)氧樹(shù)脂封裝，不受日光、熒光燈等光源干擾，內(nèi)附磁屏蔽，功耗低，靈敏度高。在用小功率發(fā)射管發(fā)射信號(hào)情況下，其接收距離可達(dá)35 m。所使用的遙控器為WD6122型紅外遙控發(fā)射電路，最多可外接64個(gè)按鍵，并有3組雙重按鍵。
2．1．5 行程開(kāi)關(guān)
為了判斷窗子是否閉合，需要使用行程開(kāi)關(guān)。利用單片機(jī)自帶的硬件中斷資源，設(shè)計(jì)了接觸式的中斷行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)窗體閉合時(shí)引發(fā)中斷，停止運(yùn)行，進(jìn)入節(jié)電待機(jī)狀態(tài)。
2．2 處理與輸出部分
2．2．1 單片機(jī)應(yīng)用
隨著技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的功能日益多樣化。以其具有價(jià)格便宜、體積小、技術(shù)成熟等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在各種控制場(chǎng)合。本系統(tǒng)使用STC12C5A60S2型單片機(jī)，由于其采用增強(qiáng)型8051內(nèi)核，速度比普通8051快8～12倍，滿足了程序運(yùn)行對(duì)速度的要求。關(guān)窗后可切換到掉電模式(可由外部中斷喚醒)，以降低功耗。硬件看門(mén)狗功能可用于監(jiān)測(cè)程序是否運(yùn)行正常。特別是芯片內(nèi)部自帶了8路10位AD轉(zhuǎn)換功能，能直接將輸入P1口的模擬量電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，大大節(jié)約了支持多個(gè)傳感器的AD硬件成本。端口輸出的數(shù)字信號(hào)可控制步進(jìn)電機(jī)。
2．2．2 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)
采用42BYG250B兩相混合式步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)械部分的驅(qū)動(dòng)裝置，經(jīng)減速后帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。選擇L298N作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。L298N為雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用芯片(Dual Full-Bridge Driver)內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，兩個(gè)HBridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平，可驅(qū)動(dòng)46 V，2 A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，由單片機(jī)I／O端口來(lái)提供時(shí)序電壓。
2．2．3 顯示輸出
系統(tǒng)中應(yīng)用1602液晶顯示屏顯示操作界面，通過(guò)不同的菜單選擇，即可顯示設(shè)定的控制參數(shù)，又可顯示測(cè)量值和系統(tǒng)的工作狀態(tài)。顯示屏在待機(jī)狀態(tài)下可以關(guān)屏，降低功耗。
2．3 電路設(shè)計(jì)
圖3為電子系統(tǒng)主要部分的原理圖。在各芯片供電處接有濾波電容，以減少供電不穩(wěn)給系統(tǒng)帶來(lái)的影響。使用兩級(jí)差模前置放大器，放大傳感器的微弱信號(hào)，這種差模放大的接線方式可有效地減少噪聲干擾。此外，由于電機(jī)屬于感性負(fù)載，突然斷電會(huì)產(chǎn)生較高的反電勢(shì)，對(duì)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片造成傷害，故需要在驅(qū)動(dòng)回路接入續(xù)流二極管1N4007。單片機(jī)P1．0、P1．1、P1．2設(shè)為片內(nèi)AD，外接運(yùn)放輸出端，P3．2、P3．3口分別接行程開(kāi)關(guān)和紅外模塊，P3．5、P3．6接片外EEPROM的時(shí)鐘端和數(shù)據(jù)端。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/162152.htm
評(píng)論