单片机开发-电子产品开发-益智玩具开发-软硬件设计-松翰单片机_深圳市组创微电子有限公司-软硬件一体化解决方案-松翰代理商

单片机开发

03-17

2021

温湿度记录仪单片机

基于单片机的温湿度记录仪的设计温度和湿度一直是环境监测领域的两个最基本、重要的参数，对这两个参数进行测量、监视、记录的设备也是各种各样。本文设计了一种基于AVR单片机的温湿度记录仪。该记录仪使用红外遥控器对记录仪进行参数设置、控制，可以实时测量环境温度和湿度，并且进行本地存储、显示，测量的历史数据还可以利用单片机的串行口传送至上位机，利用上位机进行监测。一、温湿度记录仪系统组成及基本原理该记录仪实现以下功能：进行温湿度数据的采集、记录和显示；利用遥控器进行系统初始时间的设置；自助选择温湿度数据采集的时间间隔；将本地记录的历史数据传送至上位机PC端；使用遥控器可以控制显示当前实时的温湿度数据或多屏查看历史记录数据等。本文设计的温湿度记录仪用单片机作为控制核心，由温湿度采集模块、时钟模块、显示模块、红外发送接收模块、串行通信模块、电源模块等组成，其结构图如图1所示。温湿度采集模块采集环境的温度和湿度数据，并将它们转换为数字量，提供给单片机进行处理。时钟模块为整个记录仪提供精确、详细的年、月、日、时、分秒等时间信息，并在系统掉电时能自动启用后备电源为此模块供电。显示模块进行本地实时温湿度数据的显示、历史记录数据的显示等。红外接收模块与红外遥控器配合，对记录仪进行参数设置、参数修改，记录仪运行过程中对显示器显示内容进行更换等功能。串行通信模块负责将记录仪上记录的历史数据传送至上位PC机。电源模块为整个记录仪供电。二、温湿度记录系统硬件设计系统硬件主要采用高性能AVR单片机ATmega16，数字温湿度传感器SHT10，时钟芯片PCF8563，点阵式LCD显示模块12864和红外接收器VS1838等器件。2.1单片机ATmega16介绍高可靠性、功能强、高速、低功耗和低价位等性能，一直是衡量单片机的重要指标，也是单片机占领市场，赖以生存的必要条件。本系统中，采用了高性能，低功耗的8位单片机ATmega16。ATmega16功能齐全，外围接口丰富，具有2个8位、1个16位定时/计数器，8路10位AD转换器，4通道PWM，2个可编程的串行USART，共有32个可编程的I/O接口。片内具有16KB的系统内可编程Flash，1KB的片内SRAM，512字节的EEPROM。具有空闲、ADC噪声抑制、省电、掉电、待机等多达6种休眠模式。因ATmega16使用哈弗结构、全静态工作、以字作为指令长度单位、精简指令集，其大多数指令在一个时钟周期内完成，故其数据吞吐率很高，工作于16MHz时性能高达16MIPS，从而可以减缓系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATmega16共有131条指令和32个8位通用寄存器，所有寄存器都直接与算逻单元相连，使得一条指令在一个时钟周期可以同时访问两个寄存器，大大提高代码效率，可以很好的进行数据传送以及温度采集。2.2温湿度采集模块温度、湿度的测量使用集成式数字温湿度传感器SHT10。SHT10将温度湿度感测、信号变换、AD转换器等功能集成到一个芯片上，提供两线数字串行接口SCK和DATA，支持CRC传输校验，测量精度可编程调节，提供具有温度补偿的温度测量值，测量和通信结束后，自动转入低功耗模式，测量时可将感测头完全浸入水中。本记录仪设计时温度使用14b分辨率，量程范围：-400C~990C，测量精度：±0.50C，分辨率0.01 0C；湿度使用12b分辨率，量程范围：0~99%RH，测量精度：±4.5%RH，分辨率0.03%RH。电路设计时将SHT10的SCK、DATA引脚分别接ATmega16的PC7、PC6引脚，由ATmega16给SHT10提供时钟信号，DATA引脚用于两者进行数据交换。2.3时钟模块记录温湿度数据时，需要精确的时间信息，该信息由时钟模块提供。时钟模块以飞利浦公司的可编程时钟/日历芯片PCF8563为核心，辅以相应的外围电路。PCF8563内部具有16个8位寄存器、内置32.768KHz的振荡器、用于给实时时钟RTC提供源时钟的分频器、定时器、报警器、掉电检查和I2C总线接口等部件。16个寄存器中2个用于控制寄存器和状态寄存器，7个用于时钟（秒、分、时、日、星期、月、年）计数器，4个用于报警寄存器（定义分、时、日、星期的报警条件），剩下3个分别是CLKOUT频率寄存器、定时器控制寄存器和倒计数定时寄存器。这些寄存器通过两线式I2C总线（时钟SCL、数据SDA）由单片机进行读写。PCF8563由于采用I2C总线，其外围电路设计简单。PCF8563共有8个引脚。本设计中OSCI和OSCO接32.768KHz的晶振。SCL引脚接单片机的PC0口，给I2C总线提供时钟信号，SDA引脚接单片机的PC1口，实现时间、日期等的读写。电源引脚Vdd除了接系统电源之外，还连接了3.3V的纽扣电池作为备用电源。当系统掉电时，3.3V的后备电源启用作为PCF8563的供电电源。2.4红外接收模块温湿度记录仪在使用时，会有一些特殊场合，例如记录仪所放高度、记录仪放置于密闭空间等地方，使得记录仪不便于控制，需要进行短距离的非接触式控制。系统选用红外通信技术进行短距离通讯。红外通信技术具有信息容量大、结构简单、方向性好、功耗低、价格低廉、保密性强等特点。系统使用一体化红外接收头VS1838和集成式红外遥控器配合，对记录仪的时间设置，显示格式等控制信息进行传输。当遥控器不同按键被按下后，即有不同的串行二进制遥控码产生，该编码经38KHz的载波信号进行二次调制后，再通过红外发射二极管以红外信号形式发射出去。VS1838接收头集成了红外接收二极管、信号放大器、限幅器、选频带通滤波器、积分电路以及比较器等。红外接收二极管将接收到的信号传输至放大器进行放大，通过限幅器将信号限制在合适的电压范围内，经过带通滤波器，只保留30~60KHz的信号。该信号经解调、积分电路后传输至比较器输出高低电平，转换为发射端发来的二进制编码，通过引脚DQ送至单片机的PC2引脚，供单片机使用。2.5显示模块显示模块在本地显示当前的时间、温度和湿度，显示系统初始化时的初始设置时间、温湿度记录时间间隔，显示记录的历史数据等信息。因显示的数据量较多，本系统采用点阵图形液晶显示模块LCD12864。LCD12864显示分辨率为128*64，可以显示8*4行16*16点阵的汉字。12864硬件电路结构以及软件编程与同类型图形点阵液晶模块相比，要简洁的多而且价格也较低，得到了广泛的应用。系统采用8位并行12864显示模块，该模块与外部的接口共有20个引脚。该模块与外部连接电路简单。设计时将12864的8根并行三态数据线DB0~DB7接单片机的PB0~PB7口，用于与单片机之间进行数据传输。12864的对比度（亮度）调整引脚V0接可调电阻，通过调节电阻值改过亮度。12864的并行指令/数据显示选择引脚RS、读写控制引脚R/W、并行的使能引脚E分别接单片机的PD7~PD4，由单片机给出控制信号。因使用并行接口，故并/串行接口选择引脚PSB接高电平。复位端RESET、背光源正端和PSB端共同接电源端VCC。LCD驱动电压输出端Vout经过10K的限流电阻接电源端VCC。2.6通信模块通信模块完成单片机与PC机的通信。该记录仪最多可以连续存储最近50条的温湿度数据。而有些使用场合需要将更长时间的数据永久保留，使用通信模块可以将记录仪里的数据送入PC机进行永久存储。单片机与PC机之间采用串行通信，由于PC机串口电平和单片机串口电气规范不一致，采用MAX232芯片进行电平转换。使用ATmega16单片机的PD0口（RXD）接MAX232的9脚R2OUT，PD1口（TXD）接MAX232的10脚T2INT。MAX232的引脚7、8接PC机的全双工串行口。随着物联网技术的发展，该设备还可以作为物联网的终端节点使用，在系统设计时，将PA口引出预留给Zigbee网络使用。2.7电源模块电源模块给整个记录仪供电。记录仪使用交流220V市电作供电电源，记录仪上的芯片供电电源要求直流5V。因此，电源模块要完成AC220V到DC5V的转换。原理为220V交流电经过全桥整流电路后整流后，进行滤波、稳压后，送入7805三端稳压器得到稳定的直流电压5V。三、温湿度记录仪软件设计系统硬件架构完成后，系统软件所实现的功能主要是进行上电之后的初始化设置，温湿度数据的实时采集、记录、显示和传送。单片机上电或复位后进行系统初始化，完成对单片机的IO口、内部寄存器、串行通讯的波特率等进行初始设置，然后扫描红外接收器，看遥控器是否有遥控信号传送过来。若有，分析信号是进行记录仪的设置信号还是数据传送信号，设置信号转入设置记录仪时间、记录间隔、显示模式的设置，传送信号控制记录仪中记录的历史数据传送至PC机。若没有遥控信号送入单片机，查询是否是记录间隔时间到，若是进行温湿度数据的采集、记录和显示，否则重新查询是否有遥控信号送来。软件设计采用C语言编程语言，采用模块化的设计方法。根据流程图，将程序分为初始化模块，红外遥控信号采集模块，红外遥控信号处理模块，温湿度数据采集模块，采集数据转换为存储数据、显示码转换模块，PCF8563设置、时间信息的读取、显示码转换模块，温湿度数据记录模块和记录历史数据传送等模块。总结本文研究设计了一种基于AVR单片机的温湿度记录仪，该记录仪具有数据采集精度高、体积小、携带方便、成本低、功耗低、结构简单、控制简单方便等特点。该记录仪也存在一定的不足之处，因历史数据的存储使用的是单片机内部的EEPROM区，而单片机的EEPROM区容量有限，该记录仪最多只能存储500条历史数据。若设置为15分钟记录一条数据，记录仪本体只能存储3天的历史数据。单片机扩展大容量的存储芯片可以增加记录的历史数据。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于AVR单片机的温湿度记录仪的设计技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-16

2021

单片机智能窗帘系统

基于单片机智能窗帘控制系统设计进入二十一世纪后，随着各类科技的不断发展，理论知识与生活实际的结合越来越密切，人们的生活水平不断提高，与此同时，应用越来越广泛的科技智能化也使得人们的隐私安全受到了很大的侵犯，所以人们对自身隐私的安全与否也愈加重视，而作为家庭住所中必备的窗帘，它对保护居民隐私与遮挡外部光线十分有用。现在市面上大部分的传统窗帘都需要手动开关，这样不仅吃力，而且还有可能错过最佳光照时间，所以窗帘的智能控制就显得十分重要且有效了。一、智能窗帘控制系统设计方案该设计主要是实现光控窗帘系统，其中包括光控、定时和手动三种功能。因此需用借助各种接口和MCU连接这些控制元。应用AT89C52系列单片机设计系统，安装ADC0832芯片、VS1838b、ULN2003芯片等，控制窗帘在不同光照下的打开或是关闭。按键扫描模块、红外遥控模块、光敏电阻、步进电机、AT89C52共同构成此次的设计系统。应用光敏电阻采集模拟信号通过模数转换A/D电路将其转换成数字信息，并以此来操控步进电机顺时针旋转或是逆时针旋转来模拟窗帘的起闭。自动光控起闭窗帘运用的是光控的原理来完成的，当外部的光线强度到达系统内部预设值上限时，窗帘被打开；当外部的光线强度到达系统内部预设值下限时，窗帘被关闭。基于以上工作原理，设计系统的实现不仅成本低，而且还方便快捷，实现的结原理图如图1：除此之外，窗帘的自动起闭还可以通过时间来预先设置或是直接通过按键来启动关闭窗帘。该系统优点较多，结构较单一，系统稳定，不易受外部环境的干扰。二、单片机智能窗帘控制系统硬件设计2.1主程序模块该系统采用AT89C52单片机晶振电路，所谓的石英晶体振荡器即是单片机电路中的晶振。晶振通常是一个电容和电阻并联之后再串联上一个电容，存在两个谐振点，谐振串联在一起是低频率的；谐振并联在一起是高频率的。晶体振荡器可以给单片机提供脉冲信号，也即单片机的工作速度。晶体振荡器会和单片机引脚中的X1、X2引脚相连接，此时这个电路会引生谐波，而谐波的存在会使得振荡器的稳定性受到影响。为了解决这个问题，我们在晶振引脚处接入瓷片电容，这个电容一般选择在10到50 pF，需要接地。此次设计使用的晶振是12MHz的石英晶体。2.2按键模块该次设计中按键模块的功能是在自动光照窗帘之外，能够通过按键来定时使窗帘关闭或是直接用按键来控制窗帘的打开或是关闭。此次设计需要用到5个独立按键。它们分别实现的功能有设定键（设定自动光控窗帘的启闭时间）；数字值加键；数字值减键；启动窗帘按键（按下此键后窗帘被打开）；关闭窗帘键（按下此键后窗帘被关闭）。2.3光敏和AD转换模块自动光控起闭窗帘系统是根据外部光照的情况变化来及时地打开或是关闭窗帘，光敏电阻负责完成此部分所需要的功能。光敏电阻能够对外部光照强度值感应十分敏感，对电阻值的改变与否有着直接作用。电阻值与光照强度呈负相关，强度增加电阻值减少，反之则电阻增大。ADC0832是8位逐次逼近模数转换器。与TLC0832可以代换，它有两个可多路选择的输入通道。串行输出可配置为和标准移位寄存器或微处理器接口，其多路器可用软件配置为单端或差分输入，差分的模拟电压输入可以抑制共模电压，但输入基准电压不可以调整大小，在内部已经连到VCC。ADC0832芯片有四条数据连接线，它们分别与单片机相连接，分别是CS片选端；CLK芯片时钟输入端；DI数据信号输入端；DO数据信号输出端。在单片机进行通信时，DI与DO端都是与单片机双向连接的且它们不能同时生效工作，所以在电路中将此两端并联起来到一根数据线上。两端数据分别显示为1、0时，CH0引脚端实现单通道转换。CH1引脚端进行单通道转换在2位数据为1、1的情况下。CH1引脚端和CH0引脚端在数据显示为0、0时分别用作反输入端IN-和正输入端IN+。两位数据显示为0、1时，CH1和CH0的正负输入端极性发生变化。若第三个脉冲下沉，DI端在第三个脉冲来之前就会失去输入功用。采用DO/DI端输出数据来输出DO。用DO端来输出转换数据的DATA7当第四个脉冲下沉时。DO端在D0端输送出最低位数据DATA0之前会一直输入数据，输出数据是在每个脉冲下沉之前。接收到DATA0数据之后这一字节数据就输出结束了。之后再输出相反字节数据。将CS片选使能引脚端置为高电平，此时芯片不能使用。AD转换芯片的输入电压均为0到5V，此电压仅适用于它被作为单通道的模拟信号时。它的电压的精度在八位分辨率时是19.53mV，当用作正负输入端时，应该预定较大的范畴值的电压值，并用次来提升转换时的精度。2.4步进电机设计模块步进电机是一种开环的节制器件，角位移就是在其电脉冲的转换下得来的，脉冲信号的频率和数目会影响到电机的转动。例如当一个脉冲信号输送到步进电机的驱动器时，其可以使得此电机按照我们先前假设的正方向或是反方向转动一个一定的角度，我们称此角为步距角。步进电机可以快速地开启和停止。步进电机由于转速和步进角的关系多被用在精度较高的电路中，而这些只与脉冲的频率相关联。ULN2003的七个引脚与单片机P1.0~P1.7连接。在ULN2003芯片旁边安装插线排针，也就是电机的五线接口，用于连接步进电机。5V电源直接连接J4的第一引脚端口。与电机相连接，直接驱动电机正反转从而来模拟控制窗帘的起闭。步进电机是包括单相电机和多相电机两类，这两类都是同步步进电机。单路电脉冲可以驱使单相电机运作，单相电机由于其本身的低输出功率一般用作驱使微小电路。步进电机很适合应用于微处理器控制主要是因为能直接接收数字量。2.5显示部分模块该次设计中用来显示实时时间、开关窗帘定时时间、光照强度值的是LCD1602，在1602上显示的时间可以通过按键调整，通过按键设定起闭窗帘的时间，在1602上实时显示；也可以通过1602显示我们采集到的光照数字值。P0在此用作数据口的连接，在1602处与7到14引脚相连接，在连接线路上来传输写数据或是写指令。而且在线路的连接中必须加入上拉电阻。LCD1602的4引脚是RS寄存器选择端，可以用来选择数据还是命令；LCD1602的5脚是R/W读写控制端，它能决定读数据还是写数据，与单片机芯片的P2.0端口贯串；LCD1602的六引脚是E使能信号端，可以控制器件是否工作，与单片机芯片P2.2端口相衔接。在此次设计中采用旋转电位器来调节1602的背光亮度。三、智能窗帘控制系统软件设计此系统的主程序需要完成的功能有：单片机各个模块的初始化操作，定时器初值设置以及开启电机运转，显示时间光照数字量等。通过主函数void main()来调用各个模块子函数以此来实现整个系统的功能。软件流程图如图7。总结该系统设计采用AT89S52单片机的最小系统设计，通过控制一个可逆、直流电动机来控制窗帘的打开和关闭，使用遥控、光控方式使得窗帘系统变得智能化，这正符合现在智能家居的发展方向，能够让智能生活理念得到更好的推广。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机智能窗帘控制系统设计流程。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-15

2021

单片机低功耗设计

单片机系统低功耗设计的总体原则及其设计策略随着电子科学技术的发展，在人们的生产生活领域，基于单片机系统设计的电子产品被广泛应用，同时对单片机系统的能耗功率设计提出了更高的要求，单片机低功耗设计越来越受到人们关注，单片机低功耗设计符合社会节能要求，可以大幅度提高电子产品的使用寿命，大大提高产品竞争力。由此看出，单片机的低功耗设计不但具有很好的经济效益，而且具有较大的社会效益。一、单片机系统低功耗设计原则（１）ＣＰＵ内核简单为宜原则：在单片机系统设计中，ＣＰＵ的选择不能一味的追求性能。８位机就够用，一定要遵循够用就好的原则。随着科技的发展，当前的单片机运行速度越来越快，但是性能的不断提升一定会带来能量的消耗。相对复杂的ＣＰＵ集成度也一定高，由于片内晶体管多，总漏电流会加大，所以当设备处于ｓｔｏｐ状态的时候，也会产生漏电现象，所以ＣＰＵ的选择，简单实用就好，不但可以降低功耗而且可以降低成本。（２）电压系统“够用就好”原则：降低单片机供电电压能够很好的降低使用功率，目前，单片机的供电电压已经从原来的５Ｖ降至１．８Ｖ。低电压供电可以有效的降低系统工作电流，但是由于晶体管的尺寸在不断减小，这也是降低功耗非常不利的一方面。所以选择低电压系统时一定要慎重。系统中的其他电子元件在低电压的情况下要确保正常工作。通过这种途径可以很大程度上解决系统的低功耗问题。（３）选择低功耗电路原则：单片机低功耗系统的设计，要选择在低功耗的情况下，保持高效率的电路，目前低功耗系统使用的大多是ＨＣＭＯＳ集成电路，可以将很多集成电路共同联结在一个封装内。这样可以减少总线电容，从而容纳更多的信号。除此之外，降低晶振频率也能有效的降低整机电流，但是晶振频率降低有时会影响系统的运行速度，会受到外部电路时序、计数器测量频率、串行通讯频率等的限制，所以在晶振频率值选择时，一定要考虑到系统信息处理的工作速度。二、单片机低功耗设计的主要依据２．１降低单片机应用系统功耗在单片机低功耗系统设计中，要合理的运用掉电、睡眠以及中断，进一步实现电子产品的低功耗运行，睡眠模式与掉电模式可以通过ＣＰＵ与系统的关断来达到降低功耗的目的。集中功率消耗较大的任务，降低功耗时间，采用快速进入掉电或睡眠状态，避免系统无谓的等待。在确保系统正常运行的前提下降低采集速度、总线速度。２．２单片机本质低功率设计对于单片机本质低功耗设计主要体现在对元器件的选择和电路设计两个方面。元器件的选择要遵循频率宜慢不宜快、系统宜静不宜动、电压宜低不宜高的原则，实现硬件系统的节能化。关于元器件节能控制的主要方法为：控制电源电压、时钟控制以及静态控制。在电路的设计过程中，要采用低功耗的唤醒电路设计，选择集成度高的电子芯片来替代单一功能集成度低的电子芯片，在降低供电电压的同时要加强电路的屏蔽与抗干扰能力设计。三、单片机系统低功耗设计方案３．１单片机低功耗系统硬件设计（1）选择适当的振荡方式：目前比较常用的振荡器有晶体震荡器、谐振器与ＲＣ振荡器，３种振荡器的唤醒时间各不相同，该设计选用晶体振荡器，晶体振荡器的唤醒时间在８．５ｍｓ左右，单片机在工作的过程中，如果唤醒的时间过长，就会形成一个预工作阶段，这时处理器就会消耗电能，但是程序还没有运行，所以导致电能消耗损失。为了进一步节约能耗，在晶体振荡器的回路中串上一个小电阻ＲＳ。（2）处理Ｉ／Ｏ管脚：在单片机低功耗系统的设计中，Ｉ／Ｏ管脚的处理尤为重要。设置为输出的管脚可以驱动２０－２５ｍＡ的电流，所以要对每一个输出管脚进行优化，为了达到节能的效果，可以禁止内部上拉，使外部较大的电阻做上位，这种做法可以做到在休眠状态下节约能量，在受干扰的环境下，会由于内部锁存器的频繁翻转，而增加电流的消耗。所以，没有用的管脚，都可以设置为输出，不能只是简单的不接，一旦外界出现干扰信号就极易成为反复振荡的输入信号，造成不必要的功耗。（3）选择合适的ＭＣＵ以及待机模式：低功耗的ＭＣＵ对于降低单片机的功耗具有十分重要的作用，一定要根据单片机系统被应用的具体场合，从多种待机工作模式中选取最恰当的模式，最大可能的使ＭＣＵ处于低功耗状态。ＭＣＵ的工作频率不同时，工作耗电的差异也会很大，另外，低电压供电可以使系统的供电电流大大下降，降低单片机的供电电压可以有效降低功耗。所以选择合适的ＭＣＵ以及系统电压，对于降低功耗具有积极意义。３．２单片机低功耗系统软件设计（1）采取“中断”方式降低功耗：系统在运行的过程中，程序的中断方式不同，对于应用系统功耗的大小有很大区别，在“中断”的形式下，系统处理器可以处于空闲状态，而如果在查询的形式下，ＣＰＵ对于Ｉ／Ｏ寄存器就会不停的访问，产生额外的功耗。（2）间歇式运行Ｉ／Ｏ模块：Ｉ／Ｏ模块在间歇式运行时一定要注意关闭电源，目前单片机应用系统所采用的驱动一般功率较大，所以要通过一个Ｉ／Ｏ引脚来进行掌控，当系统无需通信时，及时的关闭驱动。对于简单封装或没有引出的单片机，要注意Ｉ／Ｏ引脚的初始化。（3）降低ＣＰＵ的运算量：在实际操作中，关于减少ＣＰＵ的运算量的方法有很多，可以将运行算好的结果提前植入到Ｆｌａｓｈ当中，在使用时可以通过查询的方式来替代运算，从而减少ＣＰＵ运算量。许多单片机已经具备快速寻址方式与查表指令，对一些难以避免的计算非常有效。增加分数运算或减少浮点数运算的使用，尽可能使用一些短的数据类型。（4）选择低功耗模式系统：低功耗模式主要指系统的等待或停止模式。这种模式下单片机的功率会远小于运行时功率，在等待模式下，ＣＰＵ会停止工作，但是单片机的外围Ｉ／Ｏ模块不会停止工作，系统的功耗降低也有限，如图２所示。以Ｆｒｅｅｓｃａｌｅ的ＨＣＳ０８单片机为例，给出不同运行模式下的系统功耗。ＨＣＳ０８是８位单片机，有多个系列，各系列Ｉ／Ｏ模块数目有所不同，但低功耗模式下的电流消耗大致相同。因此在让系统进入深度停止状态前，要将重要系统参数保存在非易失性存储器中，如ＥＥＰＲＯＭ中。深度停止模式关掉了所有的Ｉ／Ｏ，可能的唤醒方式也很有限，一般只能是复位或ＩＲＱ中断等。保留的Ｉ／Ｏ模块越多，系统允许的唤醒中断源也就越多。单片机的功耗将根据保留唤醒方式的不同，降至１μＡ至几十μＡ之间。总结在当今社会的发展中，低功耗的单片机应用已经成为单片机系统设计的主要发展方向，加强与推广单片机低功耗设计的研究具有重要的现实意义。在以后的研究与设计中，通过对硬件系统及软件系统的设计与创新，单片机应用系统在不远的将来将会创造出更大的经济效益与社会效益。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机系统低功耗设计的总体原则及其设计策略。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-13

2021

公交车温控系统设计

基于单片机的公交车温控系统设计随着城市空气污染现象加重，雾霾天气频繁出现，公交车作为环保出行的公共交通工具，被广泛使用，而且为了提高乘车舒适性，城市空调公交车普及率不断提高。空调公交车车内的冷热舒适性不仅直接影响乘客的乘车感受，而且影响乘客的身体健康。有关规定指出，每年的６月１日至９月３０日和１２月１日至次年３月１日期间，以及在此期间外车厢内温度高于２８℃或者低于１２℃时，公交车空调设施开启，以保持一个温度舒适的乘车环境。但在实际调查中发现，大多数公交车车厢内夏季温度过低，而冬季温度过高，车厢内外温差过大，造成乘客乘车的不舒适感，使本来是为了提高乘客的舒适性而增加的制冷制热系统，则成了很多人拒绝乘坐公交车的缘由。目前新能源公交车———气电混合型公交汽车在城市交通上大量使用，它节气率高，更加环保，同时克服了纯电动公交单次充电续航里程短的问题。但是此车制冷制热系统并没有相应地得到升级，还不能较好地满足乘客对温度舒适度的要求。有学者曾对纯电动公交车内送风系统的速度场和温度场进行过分析，但针对目前广泛使用的天然气公交车或气电混合型公交车温度控制系统的研究还很不足。本文针对上述情况，进行基于单片机的公交车温控系统设计，以便从功能上更大程度地满足乘客对空调公交车温度舒适性的要求。一、公交车温控系统硬件设计１．１系统硬件的总体设计车内温度会随着室外温度、车内乘客数量的变化而变化，单一给定的温度控制系统不能很好地保障乘客乘车的舒适度。本设计是以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机作为系统核心，应用温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０测量公交车内的温度，选择ＬＣＤ１６０２型液晶显示器进行温度显示。在车厢内部设置多个按键，乘客通过按键的方式提出升温或降温需求。当乘客按下键盘后，单片机启动计数功能对３ｍｉｎ内的升温、降温需求进行统计，同时判断温度调整的度数，从而满足乘客的需求。系统硬件的总体设计框图如图１所示。１．２系统的原理图用５组按键开关模拟车厢温度控制器，每组中２个按键分别代表升温和降温。一旦有按键被按下，单片机每隔３ｍｉｎ对按键情况进行一次数据统计，根据统计结果，系统执行升温或降温控制程序。考虑到车厢内乘客流动性大，且温度调节过程的滞后性，每次调节的度量选择为２℃，且在１ｈ内温度改变量不超过６℃。当升温按键按下次数大于降温按键按下次数时，单片机３．４引脚输出高电平，Ｑ１三极管导通，ＲＬ１继电器接通，连接车内制热功能的输入端，系统开始加热升温。本设计用加热片模拟车内加热功能，加热片接通５Ｖ电源开始加热。当升温按键次数小于降温按键次数时，系统执行降温控制程序，单片机３．５引脚输出高电平，Ｑ２三极管导通，ＲＬ２继电器接通。本设计用小风扇模拟车厢内制冷功能，此时风扇接通５Ｖ电源开始制冷。二、公交车温控系统软件设计２．１主程序流程其运行流程是：打开开关通电后，系统进行初始化，延时处理后温度传感器进行温度采集，并将采集的温度值传输给液晶显示屏显示当前温度，系统判断按键模块是否有按键按下，无按键操作则传感器继续工作；如果有按键操作，则单片机以３ｍｉｎ为采样周期采集按键按下的次数，然后计算是否需要改变温度，并判断温度调节的度数，从而控制继电器工作实现升降温功能。２．２温度采集本设计采用ＤＳ１８Ｂ２０型温度传感器来检测车内温度，它具有耗电低、体积小、不易被干扰、容易与微处理器相匹配等优点，而且还可以把不同温度转化成相对应的数字信号。放置传感器的位置会影响测量的准确性，本设计仅用１个传感器模拟采集车内温度，但在实际中可以在车厢多个位置放置，以便更全面地反映车内温度情况。ＤＳ１８Ｂ２０对外界温度进行采集并将采集到的信号通过数字信号的方式经Ｐ３．７口传给单片机。２．３液晶显示模块本设计选择ＬＣＤ１６０２作为显示模块。它具有１６×２个字符的显示容量，不仅可以显示当前温度，还可以显示开关控制量的参数和继电器的工作状态。ＬＣＤ１６０２工作电压为４．５Ｖ至５．５Ｖ，当电压达不到额定工作电压时，显示器则不能工作。ＬＣＤ１６０２在工作电压５Ｖ时的电流为２ｍＡ，为了达到显示器额定电压，本设计增加了交流直接变压器将２２０Ｖ电压变为５Ｖ，以保证显示模块的正常工作。三、公交车温控系统实现的功能温度采集并显示。通过温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０和液晶显示器ＬＣＤ１６０２将公交车内的温度显示出来。温度控制按键信息采集。单片机每隔３ｍｉｎ判断一次是否有按键按下，如果没有按键按下，则继续进行采集测温；如果有按键按下，则判断是升温处理还是降温处理。温度调节。设定一次温度的改变值为２℃，当单片机判断出需要升／降温时，开启继电器使其工作，完成升温或降温的操作，直到温度达到改变量的要求。温度保持相对恒定。温度调节完成后，再进行下一次采集控制，且限定条件为１ｈ内温度的改变量不超过６℃。为了避免连续调温或有人恶意改变温度，系统的夏季空调设置温度不低于１６℃，冬季空调设置温度不高于３０℃。总结基于单片机的公交车温控系统，旨在改善空调公交车内乘客的温感舒适度而又不增加公交车司机的工作量。通过在车内前、中、后部位安装温度控制按键键盘，让乘客自己决定车厢内的温度。经过多次软件和硬件的调试后，通过模拟实验可知，所设计的基于单片机的公交车温控系统实现了对温度的检测采集和显示，经过单片机处理按键数据后，能够自动完成升温和降温功能。因此，此温控系统可以在空调公交车中进行推广应用。另外，在实际中公交车进站、出站时车门打开乘客上下车，车内温度变化会比较明显，此时的温度测量和按键统计会造成温度调节的不准确性，因此，此弊端在今后的设计中仍需进一步改进。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的公交车温控系统设计技术详情。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-12

2021

智能关窗器单片机

基于单片机的雨天智能关窗器设计雨天智能关窗器由控制器系统、传感器系统、执行器系统和显示器系统组成。控制器系统是单片机，传感器系统由雨滴传感器和温度传感器组成，执行器系统是步进电机，显示器系统是LCD1602液晶屏，各系统分工明确，各司其职，相互合作，从而构成雨天智能关窗器这个统一整体。其系统结构图如图1所示。一、雨天智能关窗系统工作流程首先，先由单片机通过雨滴传感器检测外部环境，经过A/D转换后，并把信号传给单片机，再由单片机判断雨水值是否达到阈值，从而实现开关窗。其系统功能流程图如图2所示。二、雨天智能关窗器硬件介绍（1）单片机最小系统模块：本设计采用的是STC15W4K32S4单片机。STC系列单片机是在传统8051的基础上发展起来的。STC单片机进行了全面技术的升级与创新，相对于传统8051内核的单片机，其具有更好的性能及优点。具有宽电压范围，能在2.4～5.5V电压范围内正常工作；全部采用Flash技术，擦写次数10万次以上；采用ISP/IAP（在系统可编程/在应用可编程）技术；增强型8051CPU，1T型，即每个机器周期只有1个系统时钟，速度比传统8051单片机快8～12倍；内部具有高可靠复位电路，ISP编程时16级复位门槛电压可选，可彻底省掉外部复位电路；具有高精准的R/C内部时钟，可彻底省掉外部昂贵的晶振；ISP编程时，内部时钟5～35MHz可选；大大地提高了集成度，比如集成了8通道高速10位ADC，速度最高可达30万次每秒。（2）雨滴传感器模块：雨滴传感器用于检测是否降雨以及雨量的大小。该传感器具有抗氧化性、导电性好、寿命长等性能，配有电位器调节灵敏度，工作电压为3.3V～5V，使用宽电压LM393比较器。当下雨时，通过雨滴传感器，利用水的导电性的原理，本不相通的感应板就导通了，经过A/D转换后传给单片机，并在LCD液晶屏上显示降雨量。（3）温度传感器模块：该设计采用的温度传感器是LM35D，用于检测室外的温度，将模拟量转化为数字量后，并在LCD1602液晶屏中显示。该传感器具有灵敏度高、线性度好、工作电压较宽和非常省电等优点。该传感器输出电压与摄氏温标呈线性的关系，当温度为0℃时，输出为0V，每当温度每升高1℃，输出电压就增加10mV。其转化公式为U=T×10mV。（4）步进电机驱动模块：步进电机顾名思义就是步进转动，其功能是将脉冲的电信号转换成相应的角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就会转动一个角度。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲的个数，而不随负载的变化而变化。步进电机驱动电路需要ULN2003驱动芯片实现，ULN2003驱动芯片是由高耐压、大电流、内部有7个硅NPN型达林顿管组成。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据；ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。在该设计中，步进电机的作用是实现开关窗。（5）显示器模块：显示器采用的是LCD1602液晶屏，其能够显示32个字符，2行显示，即16列×2行。有电位器，可以自行调节对比度，LCD内部有复位电路，可以用来提供各种控制命令，比如：清屏、字符闪烁、光标显示、字符移位等等。在该设计中用于显示室外温度、降雨量以及窗户的开关状态。三、雨天智能关窗器系统测试结果实验中，我们设置阈值为30，在自动模式下，当降雨量大于30时，实现自动关窗。当降雨量小于30时，窗户自动打开。在手动模式下，设备在按键的控制下实现开关窗。自动和手动模式可以任意切换。经过反复地实验、测试，验证了该设备性能运行稳定可靠。总结智能家居给人们的生活带来了新的体验，而且随着科技的发展将会进一步改善我们的生活，雨天智能关窗系统为人们解决了生活中的实际问题。今后，在这个设备的基础上将会增加更多的功能，诸如智能报警系统，智能防盗系统，打造一个舒适智能的家居空间。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的雨天智能关窗器设计技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-11

2021

单片机按键消抖技术

单片机按键消抖技术及其扩展应用在使用单片机搭建有人机交互的系统时需要用到键盘通常的按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，电压信号切换。系统对键盘的输逻辑0或l行准确采样避免错误输入是非常有必要的。理想的键盘输入特性是：按键没有按下时输入为逻辑l广旦按下则输入立刻变为逻辑O松开时输入则立刻变为逻辑1。然而实际的键盘受制造工艺等影响其输入特性不可能完美。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合时不会马上稳定地接通，在断开时也不会一下子断开。因而在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动抖动时间的长短由按键的机械特性决定，—般为5ms—lOms。单片机工作时间都是纳秒与毫秒级别当按键按下时在触点即将接触到完全接触这段时间里，键盘的通断状态很可能已经改变了多次。即在这段时间里键盘输入了多次逻辑0和1。也就是输入处于失控状态。如果这些输入被系统响应，则系统暂时也将处于失控状态这是我们要尽量避免的。在触点即将分离到完全分离这段时间也是一样的。键盘在输入逻辑转换时实际上是产生了瞬时的高频干扰脉冲。为确保CPU对键的一次闭合仅作一次处理，必须去除键抖动。即在键闭合稳定时读取键的状态，并且必须判别到键释放稳定后再作处理。目的在于消除干扰以达到理想输入特性。有两个阶段可以设法消除此干扰：1、在键盘信号输入系统之前（系统外）：2、键盘信号输入系统以后(系统内)。一、硬件消抖在信号输入系统之前将抖动干扰消除，可以节省系统资源，提高系统对其他信号的响应能力这就是硬件消抖。（1）基本RS硬件消抖：用两个“与非门”构成一个RS触发器利用基本RS锁存器的记忆作用消除开关触点振动所产生的影响。开关S每切换一次输出端只有一次翻转不存在抖动波形。（2）电容滤波消抖：使用RS锁存器消抖只适用于单刀双掷开关实际应用当中常用的键盘多是两个接线端的按键。对此类按键的常用硬件消抖方法为在按键上并联电容利用电容放电延时平波，再经过施密特反相器调整就能够得到没有毛刺的脉冲波。（3）中断法消抖：每个按键都外接到外部中断口上当有按键按下时引起单片机的中断。此种方法的好处在于不用在主程序不断循环查询.只要有中断再去做相应处理不足之处在于—个单片机的中断源是相当宝贵的所以很少有人采用这种方法。二、软件延时消抖如前所述若采用硬件消抖电路那么N个键就必须配有N个防抖电路。因此，当按键的个数比较多时硬件防抖将无法胜任。在这种情况下I可以采用软件的方法进行防抖。软件消抖的实质在于降低键盘输入端口的采样频率将高频抖动略去即检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms一10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。当检测到按键释放后，也要给5ms一10ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。三、软件消抖的扩展应用在实际应用中软件消抖技术并不单纯运用在按键上，也可运用于其他地方以使程序运行更加合乎我们的要求，如下面二种情况：1)在某些情况下例如系统受到外部震动，也会在按键电路中出现电平抖动但这种抖动不是控制者所希望的操作如果没有防抖程序那么系统会因这种不希望出现的干扰而错误动作。2)为了避免系统误判可以编写防抖动程序。下面就第一种情况在行程控制系统中)采用这种技术盾看能否提高系统性能更好的实现功能I弥补常用方法的不足!.以一个简单的工控项目来举例说明顾目要求上电后，_-个普通电机控制—个滑块从左边往右边推最右边有一个行程开关滑块碰到行程开关后息机停止运动结束。转化成单片机编程思路用1个IO口输出扃电平时电机运动，f氐电平时电机停止。另1个IO口作输入术全测行程开关的电平状态如果发现是高电平说明还没碰上行程开关感应器加果发现是低电平就说明碰上了感应器此时就可以发出停止电机的命令。思路一：直接判断行程感应器的电平状态广且发现低电平，就认为电机已经碰到了行程开关马上停止电机。这种思路的优点是响应及时胆缺点是太灵敏抗干扰能力非常差在工控环境里当电机正在行进的过程中如果受到电源的波动或者外来的毛刺信号干扰行程开关的输入信号可能会读取到瞬间的低电平局致单片机误判断提前把电机停止了息机还没碰到行程开关就草率停机。思路二：在判断行程感应器的电平状态时加入了软件的抗干扰处理（即软件消抖技术)，一旦发现低电平，一个计时器开始计时在计时的期间如果发现出现高电平就马上把计时器清零，如果一直是低电平，并且期间没有出现高电平就认为是稳定的低电平此时判定是碰到了行程开关。这种思路的优点是增加了抗干扰处理几乎能百分百保证电机碰到了行程开关才停机不会有第一种思路的误判了。缺点是因为在软件抗干扰环节增加了—小段延时而这一小段的延时会导致电机碰到行程开关后没有马上停止滑块继续往右运动一小段时间才停止这样因为有应力存在系统运行时间长了容易把右边的限位机械结构压坏挤坏。思路三：本思路是结合了前面两种的优点在判断行程感应器的电平状态时当发现是低电平日寸(哪怕是干扰时出现的瞬间低电平)，电机马上暂侵暂停和停止的概念不一样虽然电机都是没有转)，当发现是高电平时甩机继续运行什么时候才认为碰到行程开关?当低电平像思路二那样连续持续低电平的时间超过某个值时才认为碰到了行程开关。在此判断低电平的小延时期间，电机是处于暂停的状没有转)所以不会过冲挤压右边的行程限位机构。这种思路优点是既能及时响应又增加了行程开关检测的抗干扰处理，又不会让电机过冲挤压右边的行程开关第三种思路能够更好的实现功能并能有效防止干扰!总结传统单片机系统大多是串行处理只能并行处理—些中断程序。对于这样的系统只能采用单纯软件或硬件消抖但都不那么完美。在实际的应用中，为了提高系统的稳定性和可靠性往往是在硬件消抖技术的基础上再适当应用软件消抖技术这样能更好的满足系统的需要。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机按键消抖技术及其扩展应用。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-10

2021

智能轮式机器人设计

基于Arduino单片机的智能轮式机器人设计轮式机器人在工业应用方面可以完成自动化搬运作业的任务，当今社会,随着生产条件日益现代化,劳动生产率要求越来越高,企业更注重效率,机器人在社会各领域的作用越来越大,对机器人的研究成为热门话题,各项机器人比赛也备受人们的关注。如今在互联网发展的背景之下，催生了网上购物等平台，同时也为物流业的蓬勃发展注入了强大的动力。在物流中心，快递的分拣基本上还是依靠人工来实现，人工拣货既效率低下而且又容易出错，随着业务量的增加还得增加更多的人手，所以自动分拣的建设是快递发展的必然方向。因此智能分拣机器人的研究与创新应用将很大程度的解决物流行业所面临的一些问题，更重要的是机器人实现的一些功能能被应用于各行各业，充分体现出智能化为人们生活和生产带来的便利。本次机器人实验项目采用轮式机器人的设计方式，即移动机器人的一种。要求机器人能够实现将搬运物通过指定路线搬运到相应位置，同时搬运机器人能够自动躲避路线中的障碍，自主应对复杂的道路环境。搬运机器人能够通过无线传输技术实现远距离控制，能够更好的服务于人类。一、智能轮式机器人方案开发思路智能搬运机器人通过四轮驱动，每个车轮都由一个直流电机控制，通过控制电机的转动来控制机器人的转向。通过超声波模块或者红外感应模块实现机器人对障碍物的识别，并将模块采集的信息传送给单片机，由单片机判断后对控制电机的IO口发送指令，使机器人完成相应的转向动作。人工无线控制是通过蓝牙模块与手机软件实现。可以无线控制机器人完成前进，后退、左转、右转的指令，从而让机器人到达指定位置。二、智能轮式机器人硬件系统设计本次实验项目采用Arduino控制板，此芯片负责控制电机状态，并处理从各个模块收集的信息，然后发出相应指令。本次项目以实验创新为主，由于干电池体积小，使用方便，可任意组合成所需电压的直流电源，所以采用干电池供电。本实验采用2节3.7V大容量18650锂电池供电，为系统中的各个模块提供稳定可靠的工作电压。机器人设计采用轮式机器人的设计概念，每个轮子配有一块DC3-6V直流减速马达电机，减速比为1：48，工作电压为3-6V。合适的电机在实验中占有非常重要的位置，耐用、环保和屏蔽环境干扰等都是其要考虑的参数，并且好的电机在代码的包容度上也有明显的帮助。本次实验项目采用的电机驱动方案是TB6612FNG电路。TB6612FNG是双驱动，电机电源接口带有反接保护电路。相对于传统的L298N效率上提高好多，体积上也大幅减少。超声波模块由发射电路和接收电路组成。本次实验采用的超声波传感器是最常见的HC-SR04，使用电压为DC5V，输出5v高电平和0v低电平。静态电流小于2mA,感应角度不大于15度,探测距离为500cm,精度可达0.3cm。SR04是利用超声波特性检测距离的传感器，其带有两个超声波探头，分别用作发射和接收超声波。先使用Arduino的数字引脚13向TRIG脚输入至少10us的触发信号，模块将自动发出8个40KHZ的超声波脉冲，并自动检测是否有信号返回。一旦检测到有回波信号则ECHO引脚会输出高电平，根据高电平持续时间就可以获得机器人与被测障碍物的距离，从而完成避障任务。红外传感器寻线的基本原理是利用物体的反射性质。本次实验是巡黑线行驶，采用的是四路红外传感器分别连接在Ar-duino主控板上的A1，A2，A3，A4口上，当红外线发射到黑线上时会被黑线吸收掉，发射到其它的颜色上将会反射到红外的接收管上。以主控板上IO口高低电平的变化来判断小车行驶轨迹。三、智能轮式机器人软件设计在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计应用程序。因此，软件设计在微机控制系统设计中占重地位。对于本系统，软件更为重要。在单片机控制系统中，大体上可分为数据处理、过程控制两个基本类型。数据处理包括：数据的采集、数字滤波、标度变换等。过程控制程序主要是使单片机按一定的方法进行计算，然后再输出，以便控制生产。为了完成上述任务，在进行软件设计时，通常把整个过程分成若干个部分，每一部分叫做一个模块。所谓“模块”，实质上就是所完成一定功能，相对独立的程序段，这种程序设计方法叫模块程序设计法。模块程序设计法的主要优点是：单个模块比起一个完整的程序易编写及调试；模块可以共存，一个模块可以被多个任务在不同条件下调用；模块程序允许设计者分割任务和利用已有程序，为设计者提供方便。本系统软件采用模块化结构，由主程序、定时子程序、避障子程序、中断子程序显示子程序、调速子程序、算法子程序构成。智能分检机器人在承载物件后应按照规划路线行驶到指定的区域等待物件被卸载，不同颜色的物件将被运送到不同的分类区域。然后机器人将回到初始区域开始下一轮的任务，如此循环往复。本项目系统软件设计主要包括寻线运动子程序，避障子程序以及颜色识别子程序。智能分拣机器人能够实现整套的任务流程离不开各个模块功能的配合。本次实验采用的是Arduino单片机，设计出能实现分拣的机器人，具有寻线运动，颜色识别，避障等特点。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于Arduino单片机的智能轮式机器人设计技术。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-09

2021

语音警示系统设计

基于超声波及单片机技术的交通风险语音警示系统目前人们驾驶汽车行驶在道路上，仍然是以肉眼判断为主，观察路况，车间以信号灯进行信息传递。其次我国的车载道路交通预警系统比较落后，超声波技术一般只用到了倒车雷达当中，应用的范围还比较窄。在车辆中，大部分语音警示还是基于GPS的限速和超速提醒。目前汽车倒车雷达主要是具备数码管或者液晶屏的距离显示并且带有蜂鸣器的语音报警为主的汽车安全系统。车上安装有实时测量车距和前后车辆车速的装置还很少，大部分汽车都还没有自己的“眼睛”，而激光测距等设备成本较高，而且目前的报警系统大多是通过液晶数码管显示车速或者距离，容易分散驾驶员的注意力，造成很多事故。一、交通风险语音警示系统设计原理本作品的汽车语音风险警示装置包含有单片机控制电路、超声波测距传感器、语音芯片等，该装置将各部件有机地结合起来，通过超声波的发射与接收，完成对速度的测量，同时单片机工作，完成语音播报的工程。本系统在工作的时候采用的是两个超声波探头分别进行超声波发射和接收来进行距离和相对速度的测量。本系统能测量前后车的速度和距离，当车距小于5m的时候语音提示实时距离及其相对速度，从而起到提示和报警的作用。本系统利用单片机对超声波信号循环不断地进行采集。系统包括超声波传感器、单片机控制、语音芯片。这个设计能够连续测距测速，数据经过单片机的处理后，进行语音播报警示。1.1超声波模块的选择根据本系统的设计要求，应用T/R-40超声波传感器到本系统。超声波发射过程：发射电路主要由超声波发射换能器T40和反相器74LS04构成。工作时单片机P1.0端口输出的40kHz的方波信号一路经一级反向器后送到超声波换能器的一个电极，另一路方波信号经两级反向器后送到超声波换能器的另一个电极，采用推换形式将方波信号加到超声波换能器的两端，这样就可以提高超声波的发射强度。输出端采用两个反向器并联，用以提高驱动能力。上位电阻R1、R2一方面可以增加超声波换能器的阻尼效果，缩短其自由振荡时间，另一方面可以提高反向器74LS04输出高电平的驱动能力。超声波接收过程：超声波接收电路由两级放大电路、超声波传感器和锁相环电路组成。由于超声波传感器接收到的反射波信号非常微弱，所以两级放大电路用于对传感器接收到的信号进行放大。当锁相环电路接收到频率符合要求的信号后向单片机发出中断请求。由于发送的超声波频率为40kHz，帮调整相关元件使锁相环的中心频率为40kHz，只响应该频率的信号，避免了其他频率信号的干扰。当超声波传感器接收到超声波信号后，送入两级放大器放大，放大后的信号进入锁相环检波，如果频率为40kHz，则从8脚发出低电平中断请求信号送单片机P3.3端，单片机检测到低电平后停止定时器的工作。1.2单片机的选择根据本系统设计的实际要求，选择AT89S51单片机作为本设计的单片机使用。51系列单片机在硬件结构、指令系统和片内资源等方面与标准的52系列的单片机可以完全兼容。51系列的单片机功耗低，执行速率很快，最高时钟频率可以达到90MHz，在应用、在系统都可以编程，不占用用户的资源。1.3语音芯片的选择ISD2560语音芯片录放时间32s~120s，音质较好。该芯片内含振荡器，采用CMOS技术，具有自动增益控制、话筒前置放大、平滑滤波器、防混淆滤波器、扬声器驱动及EEPRIM阵列等特点。该语音芯片的采样频率为8kHz，相同系列的产品采样频率越低，录放时间越长，但是通频带和音质会有所降低。ISD2560可以重复录放10万次，它是一种永久记忆型语音录放电路，ISD2560省去了A/D和D/A转换器，集成度较高。1.4距离、相对速度计算的工作原理系统对距离、速度进行测量时，由安装在同一水平线上的超声波传感器发射超声波，遇到障碍物后超声波被反射回来，被接收器接受，然后通过超声波反射的时间，确定距离。具体操作首先是由超声波发射探头向倒车的方向发射超声波，与此同时定时器开始工作，记录时间，超声波在空气中传播的途中只要遇到障碍物后就会被反射回来，当超声波接收器接收到反射波后就会给负脉冲到单片机使其立刻停止计时。这样，定时器就能够准确的记录下超声波发射点至所测量的障碍物之间往返传播所用的时间，通过得到的数据，运用固定的公式算出安全距离，并提示。1.5系统C程序设计主程序首先会对整个系统进行初始化，删除必要的数据，然后将超声波的回波接收标志位置位，并且使单片机的某个端口输出一个低电平用来启动超声波发射电路，此时定时器开始工作，同时计算距离的子程序也开始工作，然后再根据定时器记录的时间计算出所需要测量的相对速度以及距离，再调用声音处理程序来报警。最后主程序通过对回波信号的接收，完成后续的工作，就这样，该系统会连续不断地运行，以两个测量周期为一个计算单位，计算出相对的速度，然后循环不断地进行此操作，最终完成对距离、速度的测量。该系统采用的是模块化设计方法，由超声波发生子程序、主超声波程序、距离计算子程序、超声波接收中断子程序等程序组成。二、语音警示系统单片机研究通过查阅资料学习，了解超声波的物理性质和单片机的基础知识。其实很多方法都已经被专家们论证过，已经有了一定的成果，可以加以修改后使用。由于笔者能力有限，知识欠缺，只能对要用的知识进行简单修改和整理，应用到自己的想法当中。通过查阅每一个选用的器件的参数，看其是否符合主流的应用，能不能实现设计的要求。本作品基于单片机实现距离和相对速度的提示，将超声波测距和传感器联系在一起，利用单片机的实时控制和数据处理功能测量并提示汽车与障碍物之间的距离和相对于自己行车的速度。这样驾驶员就能直接判断汽车之间的距离。本装置的设计简易，完善度不高，但规模小，器件少、调试方便，成本也低，器件更换容易，并且不占用驾驶员的视觉空间，可以完全解除驾驶员在倒车过程中的顾虑和困扰，减少事故的发生。总结汽车交通风险提示系统设计主要是基于AT89C51单片机控制核心，同时是以超声波测距为主的语音报警系统。通过理论上大致的分析，设计方案基本可行。本系统工作时，通过超声波传感器完成对数据的采集，然后单片机开始工作，进行数据的计算以及处理，最后将结果通过语音芯片提示驾驶员。各个器件价格低廉，易于普及。科学技术在不断的发展，越来越多的超声波技术会出现在传感器中，超声波的应用可以极大的提高精度，而且设计简单，易于操作，但是目前我国在这方面的技术十分的有限，还不能够完全的制造超声波传感器，在不久的将来，超声波技术一定会以精确方便的优势满足各个行业的应用。本系统欠缺完善度，缺乏修正，忽略了温度的影响，精确度也比较低，但是作为安全辅助系统，配合以驾驶员的经验和主观判断，还是能够规避一定程度的风险，有比较广阔的应用前景的。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于超声波及单片机技术的交通风险语音警示系统设计。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-08

2021

智能服装系统设计

基于单片机的智能服装系统设计微电子、网络通信和嵌入式技术的快速发展，推进了物联网创新成果的普及和应用。近年来，智能化可穿戴设备作为物联网产业的一部分，受到社会各界的广泛关注，正逐渐走进人们的生活，如智能手表、智能眼镜、智能服装等。为使智能化可穿戴设备更好地满足社会需求和实际应用，给人类提供智能、便捷和高效的服务，各领域科研、技术人员加大了对可穿戴设备技术的研究和应用力度。服装作为人们日常生活的必需品，位居“衣食住行”之首，将可穿戴技术与物联网技术融入服装，研究集感知、驱动、处理和传输于一体的智能服装成为市场主流趋势和时代发展热点。智能服装最早应用于军事、航天等特殊领域，后来逐渐拓展至医疗、保健、体育等行业。例如，针对人体健康方面的智能服装，通常将嵌入式技术和多传感器技术应用到服装上，可实现对监测人员的血压、脉搏、心率、体温等信息的采集和处理。在医疗领域，智能服装还用来研究高血压、心脏病等患者的实时监测问题，特别是将医疗器械与智能服装相结合的产品设计已成为当前及未来的发展趋势。为使智能服装更加满足用户需求，研究者还将无线通信及数据传输技术应用于智能服装。与有线传输技术相比，无线通信在经济性、便携性及舒适性等方面都有显著优势。此外，智能服装还可以从服装的新功能、智能化程度及新型材料等方面进行深入研究。由于病人、儿童、老人等属于弱势群体，对体温和外界环境反应不太敏感，需要全方位、全过程的实时护理。本文基于STC89 C52单片机设计了一种智能服装系统，能实时感知人体与环境温度、大气气压和空气质量等数据，并通过短距离无线通信技术将数据传递到电脑或手机终端，有助于实现对病人、儿童、老人等24 h实时监控。此外，还利用特殊的紫外线LE D发光二极管和超声波传感器，设计了具有驱蚊功能的驱蚊传感器模块，使智能服装系统能够有效驱除蚊虫。同时，多传感器数据融合模式的设计也是本文研究的重点，其目的是剔除监测过程中出现的错误、冗余等数据，避免造成不必要的干扰，以正确获取监测人员的综合健康评价值，从而有助于做出健康评估并采取有效应对措施。一、智能服装系统总体方案设计1.1系统总体方案设计智能服装系统采用插拔技术，将感知人体健康的传感器(如温度传感器LM335 A)、微处理器STC89 C52等微电子器件嵌入智能服装，实现对监测人员的健康状态和环境信息的实时监测、处理、显示、预警等功能。该系统主要包括微处理器模块、传感器模块、通信模块、上位机和监测终端。智能服装系统总体结构设计如图1所示。1.2智能服装系统工作原理本文设计的智能服装系统基于S T C8 9 C5 2微处理器，集成了温度传感器、气压传感器、驱蚊传感器和环境气体传感器等模块，并采用了蓝牙无线通信技术。首先，智能服装系统将多传感器采集的数据，通过安装的蓝牙设备(蓝牙收发器)进行接收、转发，即采用蓝牙无线通信协议将接收的监测人员健康状态数据及环境数据转发至附近的上位机。其次，在上位机对数据进行处理、优化和存储，再由I n te r n e t、4G、GPＲS等网络传输至远程监测终端，实现信息的存储、处理、显示等功能。最后，用户可以在远程监测终端通过APP、IPAD、WEB等实时查看人员的综合健康状况。同时，该系统还利用光传感器与物理驱虫模块相结合，不仅可以全天候监测人体健康状况，还能达到驱除蚊虫的效果。智能服装系统综合运用了传感器、嵌入式开发、通信及软件开发等技术，可以实时感知人体健康状况数据和环境数据，方便用户通过连接的远程电脑或移动设备终端查看各类监测信息和综合健康评价值。二、智能服装系统的硬件设计2.1传感器模块硬件设计主要是对安装在服装上的监测设备进行设计，包括使用的微处理器、温度传感器、气压传感器、驱蚊传感器和环境气体传感器等模块的设计。智能服装系统的微处理器和各传感器模块设计原理如图2所示。温度传感器模块采用LM335 A高精度温度传感器芯片，主要采集监测人员的实时体温和环境温度。LM335 A温度传感器精度高、体积小，电源供电灵活、方便，比较适合嵌入到智能服装系统。驱蚊传感器模块的关键技术是利用蚊虫对特殊光源特别厌恶，以及对一定频率的超声波比较敏感，以达到驱赶蚊虫的效果。设计的驱蚊传感器模块的发光源采用3 mm紫外线LED发光二极管;超声波传感器采用SSE1625T塑壳超声波传感器(16 mm/25 kHz)。气压传感器模块主要是辅助智能服装系统监测的人体健康状况数据更加准确、有效。环境气压不同，会对传感器数据造成一定的影响。因此，为了使监测的各类数据能准确反映人体的实时健康状况，特别在智能服装系统中嵌入了气压传感器模块。本文设计的气压传感器模块采用的气压传感器为MS5611－01 B A03传感器芯片。环境气体检测传感器模块主要是为了实时了解监测人员所处的环境状况。近年来，环境污染日趋严峻，造成生活环境严重影响人们的健康和生命。病人、儿童、老人等弱势群体对生活环境更加敏感，在某种场合或情况下需要时刻关注空气质量。本文设计的智能服装系统集成了环境气体检测传感器模块，通过环境气体传感器实时感知监测人员所处环境的空气质量，并综合监测的各项动态数据，有效评估监测人员的健康状况。智能服装系统采用功耗低、体积小的C C S8 1 1数字型空气质量监测传感器，通过单片机控制气体传感器进行气体数据的采集。2.2控制电路模块STC89 C52处理器是一种低功耗、高性能的微控制器，具有8 K的系统可编程Flash存储器。STC89 C52微处理器被广泛应用于单片机中，为众多嵌入式控制应用系统提供更灵活、有效的解决方案。智能服装系统可在STC89C52单片机最小系统电路原理图的基础上，结合上述各类传感器模块，利用蓝牙通信技术实现感知数据的采集与传输。2.3通信电路原理Proteus是英国著名的E DA工具(仿真软件)，包括原理图布图、代码调试及单片机与外围电路协同仿真等，是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。利用该工具可实现智能服装系统通信电路的设计、调试和仿真。三、智能服装系统的软件设计智能服装系统设计的硬件设备必须依赖程序才能实现各传感器数据采集和传输功能。3.1监控平台设计智能服装系统的监控平台可以方便用户查看监测信息。系统监控平台可以在上位机、远程WE B终端、移动终端等进行访问，其功能主要包括各传感器监测数据、人体健康综合评价等信息的显示、查询等功能。其中，人体健康综合评价值是通过多传感器数据融合技术处理之后的融合值;人体温度值可以同时查看监测者的左腋窝、右腋窝、前胸和后背4个部位的局部温度。所有数据不但可以直观显示数字形式，而且可以显示出实时性的数据变化曲线。3.2数据处理在数据处理方面，智能服装系统主要采用多传感器数据融合方法，将多传感器数据传送至上位机后进行数据融合。通常，在人体健康状态数据采集过程中可能存在外界环境、系统异常等因素影响，使监测数据存在丢包、冗余、不准确或错误等现象。因此，对智能服装系统采集的数据经过融合处理为更准确、有效的数据，以达到综合评估人体健康的目的。结论本文通过分析智能服装的研究现状，设计了一种基于STC89C52单片机的智能服装系统。该系统通过实时感知监测人员(如病人、儿童、老人等特殊群体)的健康状态信息，通过蓝牙技术将人体温度、环境温度、大气气压和空气质量等多传感器数据上传至上位机，并对多传感器数据进行一级融合和二级融合，再将融合后更加准确、有效的数据以互联网或移动网络传送到远程监控平台，用户即可通过WEB系统或APP进行实时浏览、查看监测人员的健康状况，并根据系统提醒和预警功能及时关注监测人员的健康变化，以尽早做出相应补救措施。同时，该系统还利用蚊虫对特殊光源特别厌恶和对一定频率的超声波比较敏感的原理，在智能服装系统中设计了带有发光二极管和超声波传感器的驱蚊传感器模块，具有较好的驱赶蚊虫效果。本文设计的智能服装系统功能实用，操作方便，易于实现和推广，具有广阔的应用前景。未来智能服装在材料、技术、舒适度、款式等方面会不断提升，将兼具医疗诊断、健康监测、安全防护等多功能于一体。在研究智能服装系统综合设计、开发的同时，人们将会更加关注智能服装的实用性和健康性，特别是从社会和市场的实际需求出发，融合新技术、新材料和多学科交叉进行深入研究，推进智能服装及可穿戴设备的智能化、网络化、大众化和商业化发展。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的单片机的智能服装系统设计详情。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。
03-07

2021

火灾报警系统单片机

基于单片机的火灾报警系统设计全球每年发生的火灾数量逐年上升，其中住宅区火灾占的比重最大，造成了严重的人员伤亡和经济损失。当前，有很多火灾报警系统正被广泛应用于各种场所，但它们普遍存在不能及时将报警信号发送至管理人员的问题。因此，迫切需要设计一款反应速度快且可自动报警的多路火灾报警系统，以便在火灾初期准确探测灾情，及时发送报警短信至管理人员的手机。一、火灾报警系统方案火灾报警系统的结构，如图1所示。整个系统可以分为两部分。一是上位机接收端监控显示报警部分，二是下位机温度和烟雾浓度测试子系统。在该设计系统中，测试子系统一共有三组。上位机子系统与下位机子系统采用NRF24 L01无线通信模块进行连接，通信模式是一对三。在下位机各个子系统中，以单片机msp430为中央控制单元，凭借烟雾检测模块和温度检测模块检测周围环境的温度和烟雾浓度，通过无线通信模块NRF24L01将数据传输到上位机子系统即监控显示端。监控显示端中的控制芯片亦采用msp430。当系统接收到下位机传送的数据后，通过液晶显示屏12864显示数据。若接收到的数据值高于系统的设定值，系统便发出警报声，同时通过GSM模块发送报警短信至管理员手机进行提醒。其中，上位机可以通过键盘模块调节报警的限位值。二、火灾报警系统硬件设计火灾报警系统包含的硬件部分主要有上位机接收端监控显示部分、NRF24L01无线通信模块、下位机温度和烟雾浓度采集单元。2.1上位机接收端监控显示部分上位机接收端硬件部分主要包括核心控制器、12864液晶显示模块、设置报警范围的键盘模块、单片机最小系统模块、GSM通信模块和NRF24L01接口电路。（1）核心控制器：MSP430单片机是一种16位超低功耗的微处理器，具有强大的处理能力、高集成度、稳定的工作状态和丰富的片上外围模块等特点。火灾报警系统选用msp430系列的msp430f169作为核心控制器，原因在于系统中不仅包含一对三的NRF24L01无线通信模块，还加入了GSM通信模块。这些模块需要的输入输出口较多，且对程序处理能力要求较高，51单片机很难实现，而上位机子系统和下位机子系统通过采用msp430作为中央控制器可以解决这些问题。（2）GSM通信模块：GSM通信模块采用SIM300，主要原因在于SIM300可以在EGSM 900MHz、DCS1800MHz、PCS1900MHz三种频率下工作。SIM的外形结构也很轻巧，几乎所有的工业应用场合其尺寸都适用。SIM也经常被使用于移动设备，如智能手机和掌上电脑。另外，SIM具有语音通话和短信发送功能，且待机功耗低。该设计系统使用的正是其短信发送功能。GSM通信模块的接收端和发送端需要分别接到单片机的P1.0和P1.1管脚。该模块发送短信需要进行三方面设置。第一，设置GSM工作方式；第二，发送中文短信需要设置PDU模式；第三，设置发送短信的长度。（3）12864液晶显示和按键电路设计：该系统采用三路数据采集模块采集温度和烟雾浓度。为方便在接收端显示三路检测值，特采用QC12864B液晶显示屏，在画面清楚的同时，可以显示4行数据。因为系统包含3个下位机测试系统，在进行上位机显示时设置为三行分别显示，每行显示一组的温度和烟雾浓度，如“1号：温度29浓10%”，在液晶屏中另有一行显示“设置：温度**浓**”。尽管QC12864液晶显示屏比LCD1602显示屏价格高，显示程序复杂，但其显示效果优势明显，可以完整显示信息。而LCD1602只方便显示数字和字母，且只能显示两行，显示字体的大小也有限制。在上位机系统中加入按键电路，作用是调整温度和浓度的报警限位值。实际使用过程中，系统会遇到季节的变更，环境温度会相应发生改变。因此，需要调节报警温度值，如夏天环境温度很高，报警温度值需要适当上调，而冬天正常环境温度较低，需把报警温度值向下调节。由于使用时只需要增加、减少和确定三个功能键即可顺利工作，且矩阵式键盘编程较为复杂，按键电路在设计时并没有采用矩阵式按键，而是选用了3个独立的按键。2.2NRF24L01无线通信模块该火灾报警系统由上位机子系统和下位机子系统两部分组成。上位机与下位机之间的通信采用NRF24L01无线通信模块。NRF24L01与中央控制器以SPI通信方式进行连接。NRF24L01的工作频率是2.4～2.5GHz，通用性强，可以连接到各种单片机芯片完成无线数据传送工作。此外，它的电流功耗低，在发送模式时电流消耗约为11.3 mA，接收模式约为12.3 mA，而待机模式下功耗更低。在上位机子系统线路连接中，24L01芯片要与单片机的6个管脚相连接。其中，CSN是无线模块的片选信号，需要连接到P1.2，由单片机发出信号来控制是否允许向24L01输写数据。MOSI是输入信号，与单片机的P1.3相接，由单片机向无线模块发送数据。MISO是模块的输出信号，是无线模块向单片机发送数据的接口，与单片机的P1.4相接。IRQ是模块输出接口，是无线模块产生中断信号并发送给单片机的接口，与单片机的P1.5相连接。SCK是无线模块的输入接口，串行时钟信号与单片机的P1.6相连接，由单片机发出信号来控制无线模块的读或写的运作节拍。CE是无线模块的输入信号，与单片机的P1.7相接，由单片机给出信号控制24L01内部射频电路是否开始工作。下位机子系统中，无线通信模块的管脚连接单片机的P2.0～P2.5。在整个火灾报警系统中，采用一对三的通信模式，即一个节点接收，三个节点发送。上位机工作在接收模式，而3个下位机中的无线模块都工作在发送模式，然后将检测到的温度和烟雾浓度数据发送到上位机系统并显示出来。2.3下位机温度和烟雾浓度采集单元（1）烟雾浓度检测电路设计：烟雾浓度检测电路采用HIS-07传感器。它是一种离子式烟雾传感器，性能远优于气敏电阻类传感器，对微小烟雾粒子的感应尤为灵敏。此外，该线路使用了Motorola公司的MC14468。MC14468是一款离子感烟探测报警专用芯片，报警响应时间短。它的1管脚为输信号端，当检测到烟雾浓度发生变化时，从1号脚输出高电平到单片机的P1.1管脚，原理如图2所示。（2）温度检测电路设计：温度检测电路中使用DS18B20传感器，可以准确有效地采集周围环境温度。它的优点是灵敏度高，数据精确。DS18B20有3个管脚，两边的管脚分别接地和电源正极，中间管脚是数据输出口，与msp430单片机的P1.2端口连接。单片机将温度传感器检测到的温度通过P1.2端口输入到内部。DS18B20采集到的温度数据为模拟量信号，而msp430单片机内部具有模数转换单元，电路不需另外再接入模数转换芯片。模拟量信号经内容转换为数字量信号，进而在显示屏上显示出来。（3）下位机数据显示：下位机检测系统显示电路应用LCD1602显示屏。由于在下位机采集系统中只需要观察系统的温度和烟雾浓度，用LCD1602即可完整显示。LCD1602的电路接线和驱动程序较12864都相对简单，是下位机系统的不二之选。三、火灾报警系统软件设计系统的软件程序分为上位机程序和下位机程序。其中，上位机程序部分包括液晶显示、按键程序、上位机通信程序与GSM报警程序。下位机程序包括温度传感器数据采集、烟雾传感器烟雾检测和无线通信程序。GSM报警程序的执行过程：进入警报程序，输入1则显示屏输出测试组A警报，输入2则显示屏输出B警报，输入3则显示屏输出显示测试组C警报信号。所有警报信号都需传送到SMS发送程序，最后结束程序。结论该系统创新之处在于以下几个方面。第一，烟雾传感器的使用。系统选用离子式烟雾传感器HIS-07和离子感烟探测报警专用芯片，可以更快、更灵敏地检测到火灾的发生。第二，主控芯片选用msp430单片机。msp430单片机与51单片机相比，具有更低的功耗和更强的处理能力，且系统使用场所为火灾现场，在火灾导致室内断电时，小系统功耗的msp430单片机是最佳的选择。第三，设计使用GSM模块进行短信报警，第一时间将火灾情况发送至检测者，从而及时救援受害者。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的火灾报警系统设计详情。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-06

2021

智能全开窗系统设计

基于单片机的智能全开窗设计现今，科技发展日新月异。以人工智能、微电子半导体技术、航天、生物、新能源等为代表的一大批现代高新技术蓬勃发展。科技的发展给人们带来了巨大的便利，但窗户在这个变革的时代中没有发生根本性进步。如果有一种多功能的智能窗，用技术的手段进行设计，便能够使传统的智能窗实现远程开关窗、火灾主动开窗、雨天关窗等智能化功能。此外，该窗户具有结构简单、适用性强、功能完善等特点，十分符合现代智能家居的要求，具有广阔的市场应用前景。一、多功能智能窗的功能特点1.1监控危险情况：窗户系统会24h监控室内各种气体含量，当可燃气体或某种特定的气体浓度达到了预先设计的值时，窗户将会自动打开，与室外进行通风。如果气体浓度回归到正常水平，窗户则会自动关闭。1.2雨天关窗：当窗户打开时，窗户系统将会启动对于天气下雨情况的监控。一旦雨量达到一定的值而会影响室内时，窗户将自动关闭。1.3远程遥控：窗户系统内置有蓝牙通信模块，只要通过遥控器，远程便可以实现对于窗户的控制。此外，还可对窗户进行语音控制，只要说出特定语音语句，窗户识别后便可实现开/关功能。1.4调节温度：窗户系统监控室内温度情况，当温度过高时，窗户将自动打开，当温度回归到正常水平则关闭。1.5自动上锁：窗户内置有电磁锁结构，实现自动上锁功能。1.6机械式与电子式操作切换：为了防止停电窗户无法工作的情况，只需按一个按钮，窗户便可切换为手动操作的模式。1.7窗户具有防盗功能：开启后，若有人从窗户进入，窗户便能监控到并立刻发出报警声音。二、智能全开窗系统机械设计2.1全开窗结构本智能窗改变了过去传统窗户的开关方式，采用了“全开窗”结构，使得空间得到最大化利用。经计算，本结构打开率高达94.5%（常规推拉窗打开空间最高只有45%）。窗户外框架采用了铝合金结构，其分格的灵活性比较大，可以将其做出多种立面效果，人们可以把此类窗户改装运用到多种场合。窗户整体机械框架如图1所示。2.2内部机械驱动多功能智能家居全开窗装有各类高灵敏度传感器，如烟雾传感器、雨滴传感器等，在此基础上便可实现感知外部环境的变化，然后通过电路，使得电机开始工作。电机工作后，带动窗户内部机械结构相互运行，从而实现了雨天自动关窗、阳光充足时自动开窗等一系列功能。利用大扭矩电动机轮组带动同步带，同步带上安装一个固定夹，固定夹子与底下的窗户底座相连接，即可实现窗户的左右平移滑动。与此同时，利用窗运动的惯性和电磁铁通断电实现自动上锁。而在窗户的开关运行过程中，会遇到“死点”的问题。当窗户关闭后，两窗扇处在同一直线，这时就出现了机构的死点问题。如果在该情况下给电机通电，无论多大扭矩都无法使窗户打开，最后只会令电机烧坏。针对此类情况，人们在两扇窗中间加上了两根弹簧进行“储能”，以确保窗户在关闭之后仍保持有一定的动力。当窗户一打开，就能够使得其不在同一直线上，形成一个较小的角度，从而顺利开关窗户。三、智能全开窗系统电路设计3.1总体设计系统基于STC89C52单片机进行控制，作为系统控制器，其具有功耗低、体积小、存储容量大、硬件功能容易实现的特点。系统整体电路如图2所示。3.2电机驱动模块设计智能窗是通过步进电机与STC89C52芯片、运算放大器、逻辑门芯片和各种敏感电阻和遥控器组成各种外部环境变化感应控制电路，实现步进电机的智能开和关，从而简单地实现窗的自动化。3.3温湿度检测模块设计本智能窗以单片机为核心，采用温湿度传感器DHT11设计一个对环境温度、湿度的检测系统。DHT11是一款已经校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字信号模块采集技术和先进的温度传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，广泛应用于实验室、工业、环保、卫生防疫、仓储运输、温室等领域。温度测量范围：0～50℃；湿度测量范围：20%～90%RH。DHT11有一根数据线、一根电源线、一根地线，还有一根（NC）悬空。直接将电源线与单片机的电源VCC相连，地线与单片机的GND相连。数据线DATA与单片机的P1.0口相连，外加一个5kΩ的上拉电阻。所需要的温湿度数据便是由DATA引脚通过P1.0送入单片机，在单片机内做出相应的处理之后得到相应的温湿度数据。采用该传感器后，室内温度过高时，智能窗户自动开启，以调节室内温度。让室内环境舒服自在。3.4雨滴传感模块设计雨滴传感器过去常被运用到汽车中，以控制雨刮的速度。雨滴传感器用于检测是否下雨或者雨滴量的大小。雨滴传感器可在程序设计的规定工作条件下进行工作。笔者创新性地把CCD摄像头雨滴传感器运用到此智能窗中，使得系统能够检测到下雨天气，以达到下雨天关窗的功能。传感器安装于窗户三角突出的位置，在刚下雨时就能接受到雨滴。当传感器接收到雨滴后，发出信号接通控制器，通过控制器使执行机构动作而关好门窗。3.5烟雾传感模块设计窗上装有煤烟传感器，当检测到室内一定浓度煤气对人体造成危险时，警报声响起，同时向电路传输信号，实现自动开窗。烟雾传感器属于气敏传感器，是气-电变换器，它将可燃性气体在空气中的含量（即浓度）转化成电压或者电流信号，通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量后送到单片机，进而由单片机完成数据处理、浓度处理及报警控制等工作。此感应器灵敏度高，当测试到有气体浓度异常时，窗户将关闭，待烟雾回归到正常范围才会重新开启。四、智能全开窗系统软件设计该智能窗控制系统的控制单元选用了STC89C52单片机，这是ATMEL公司的一款低功耗、高性能CMOS的8位微控制器，具有8kΩ系统可编程Flash存储器。系统以Keil作为编程软件，以C语言为编程语言。通过各个传感器对外界和室内环境条件进行检测，由单片机判断采取相应的开关窗动作。接通电源后，各个传感器各自初始化，开始检测环境的各种参数，当数值达到所设定值后，便开始动作。程序中设置了手动开关窗是最高优先级，所有窗户的自动操作都可被手动主动停止，这充分体现了人性化设计，人的意愿是最优先考虑的。第二优先级为防燃气泄漏，当检测到燃气泄露时，电机正转开窗并语音报警及时通风换气。其后根据更传感器的重要性，依次进行优先级排序。结语本智能窗结构设计巧妙，集合了温度、湿度、烟雾等多种传感器。机、电高度融合，可靠性高、稳定性强。其集成后的智能化程度十分高，人性化理念强。而其制造、安装简易，可适用范围广，其适合引进到高档住宅、酒店、学校等场景，具有十分广阔的应用前景。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的智能全开窗设计详情。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。注：部分图片内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。
03-05

2021

单片机声光控灯系统

基于单片机的声光控灯系统设计社会快速发展的同时技术也紧跟其后，很多公共场所在照明方面做出了很多措施，这也将是目前的一个发展趋势，现实生活中有了声音和光控制开光外，利用微波感应和人体红外感应开关也有。但是，微波感应不够稳定抗干扰方面不够理想，红外感应虽然它在性能方面是比微波感应上理想，但由于它的安装是比较复杂的，卖的的价格也偏贵，红外感应适用的范围有限，只能用在一些管理的比较完善的地方，比如：宾馆、饭店、楼道和一些固定走廊。虽然这些地方可以使用红外感应来控制照明，从另外方面考虑到价格问题，还有安装管理方面不利因素。电路设计中避免了以上不稳定、性能、价格还有安装的局限性问题。能够满足大多数的环境，可以有限的节约能源。系统工作是按设定好的先后顺序执行的如图1所示。一、声光控灯系统硬件电路设计课程设计电路由51单片机、LM393电压比较器电路、驻极体话筒控制电路、光敏电阻控制电路、继电器控制电路、数码管倒计时，按键切换显示部分组成。1.1单片机及显示部分电路组成由单片机、三极管、两位共阳数码管组成。时间倒计时数码管显示电路如图2所示；当程序进入初始化时数码管显示十秒，夜晚且有声音时，继电器吸合的同时数码管开始倒计时。单片机的引脚输出高低电平改变三极管的基极电压，让Q2、Q3截止或者导通，从而改变数码管的位显示。单片机的P0口输出高低电平改变a、b、c、d、e、f的值，利用人的视觉效应，显示不同的数字两位数码管是共阳极数码管，段选接在P0口，通过改变P0口引脚的高低电平，来显示数字，而P2.3引脚用来控制个位数码管的亮灭，P2.7用来控制十位数码管的亮灭，与一定的时间间隔扫描，拉高或者拉低P0口、P2.3、P2.7的引脚将显示不同位数码管亮灭的变化。单片机的驱动电流有限，不能同时驱动数码管亮，所以增加两个PNP型三极管Q2、Q3来驱动数码管显示。按键S2按下数码管暂停显示同时灯常亮，再次按下数码管继续倒计时。1.2声光部分图3所示是声音和光的控制电路。通过改变光敏电阻RRR的阻值，来改变同向输入端INA+的电压，同时与反向输入端INA-的电压作比较，光敏电阻RRR的阻值是受外界光线的强弱而变化，外界光线较强时RRR的阻值只有几百欧，外界光线较弱时RRR的阻值有几十兆欧。光敏电阻RRR与R5电阻串联在电路中，RRR电阻的变化引起INA+脚电压的变化。INA+引脚电压低于INA-引脚电压OUTA输出低电平，此时是晚上光敏电阻工作。INA-引脚电压可以通过滑动变阻器R4调节。驻极体话筒MK1将声音转换成微弱的电压信号。当有声音时话筒感应到声音，产生交流信号，然后交流信号将C4的两端电压产生压降，迫使C4充电此时三极管基极有电压，满足三极管的导通条件，此时集电极引脚变为出高电平。INB-的电压与INB+的电压比较后OUTB输出低电平，三极管导通时间取决于电容C4的容量。1.3继电器部分单片机的引脚P3.7接在三极管Q1的基极，三极管用来接通和断开继电器，这样就变成了继电器驱动电路如图4所示：三极管Q1的基极接到单片机的P3.7口，单片机的I/O口输出电流大概20mA这样，所以不能直接用来带动负载。Q1用来放大电流，放大的电流是九十倍，继电器额定电流是40mA,Q1基极电流经过放大足以驱动继电器工作。P3.7口输出高电平时Q1三极管截止，P3.7口输出低电平时Q1三极管导通，继电器得电，继电器吸合常开触电闭合接通负载灯亮。LED用来显示继电器的吸合断开状态，当继电器吸合时LED灯亮，继电器断开时LED灯灭。二、声光控灯系统的安装首先画好原理图检查，编好程序画好仿真电路并调试，软件方面能实现，再次准备好焊接所需要的材料，以及各种工具器，先测试各个器件好坏，并且能正确区分各个器件正负极，以及怎么使用，焊接要注意什么，焊的过程先后顺序，焊完一部分调试一部分，焊完一部分检查一部分，懂得修改程序有问题能解决。三、声光控灯系统全面检查焊接电路前要对各元件单独进行测量，看有没有坏的元件，弄清楚各元件的正负极以及它的作用，在焊接时的先后顺序。有些元件有插座的先焊接插座，焊接完插座把元件插在插座里面。焊接电解电容、数码管和LED灯时，烙铁温度不要太高，焊接时间不要太久，以免烧坏元件。电路焊接完成，要对各个引脚进行检查，看看各个引脚有没有虚焊、漏焊，用万用表检查各个元件的正负极是否连在一起。各个引脚有没有短接的，有些引脚本来要连接在一起的有没有漏焊或者焊错。特别是单片机的引脚靠的太近，要用万用表检查相邻引脚是否有短路。检查各个引脚的接法是否正确，有没有把引脚的各个功能给焊错。检查完基本的测量先不要急着上电，把元件插到插座里面，再用万用表测量各个引脚看看有没有短路、断路、虚焊。最后一定要测量一次电路的正负极，看看有没有短路。结论本课程就是针对节能方面而设计的，利用单片机、声音、光的结合，实现照明。本论文的研究适合用在家庭、办公司、走廊、楼房、一些公共场合可当作路灯用。其工作原理利用人走路发出的声音被电路检测到，以此同时确定是晚上灯就会亮，当人离开后灯延时一下才熄灭。白天即使有人经过灯也不亮，电路本身功耗也低采用五伏电源供电，再加上电路本身自身的特点，此电路有节能的作用。该设计使用范围广而且稳定可靠，值得应用到生活中。本课程设计声音和光敏电路可以调节其灵敏度，增加了按键可以让灯常亮，还增加了灯亮显示时间，提高了其实用性。当有人连续经过时，会重新更新以最后一个人为倒计时，这样设计比较符合实际情况。以上就是我们深圳市组创微电子有限公司为您介绍的基于单片机的声光控灯系统设计方法。我们有丰富的智能电子产品定制开发经验，可以尽快评估开发周期与IC价格，也可以核算PCBA报价。我们是松翰单片机代理商、应广单片机代理商，出售并开发sonix与应广的MCU与语音IC方案。我们代理并开发杰理、安凯、全志、realtek等系列的IC与方案，还开发BLE蓝牙IC、双模蓝牙模块、wifi模块、物联网模块。我们的拥有硬件设计与软件开发能力。涵盖了电路设计、PCB设计、单片机开发、软件定制开发、APP定制开发、微信公众号开发、语音识别技术、蓝牙开发、wifi技术等。还可以承接智能电子产品研发、家用电器方案设计、美容仪器开发、物联网应用开发、智能家居方案设计、TWS耳机开发、蓝牙耳机音箱开发、儿童玩具方案开发、电子教育产品研发。

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