用PIC16C54A单片机设计的自动皂沫器控制电路


  利用PIC16C54A单片机作为控制核心,利用遮挡式红外线发射、接收控制原理,开发制作了自动控制电路系统。完全可取代日本原机的超声波自动控制电路系统,大大降低电路系统的成本。整机只需外接6V直流电源供电,经测试待机功耗小于18μA,各项技术参数和指标均优于日本原机。
  
  一、系统硬件的原理与设计
  
  采用PIC16C54A单片机作为控制核心。其外围电路主要由七部分组成:红外线发射和接收电路、电源指示灯电路、低电压检测电路、复位开关电路、电机驱动及刹车电路等。
  
  1.系统硬件电路原理
  
  电路如附图所示。采用6V直流电(4个5号电池)经微功耗稳压IC2(自身静态功耗1.5μA)输出3V作为IC1和红外线发射、接收电路的电源。6V直接供电给直流电动机(MOTOR)、Q5、Q6等组成的驱动电路。SW1为电源开关。红外线发射电路由R1、R2、0l和红外线发射管等组成:红外线接收电路由Q2、03、R3~R7、Cl-C3和红外接收管等组成。红外线发射管与接收管成30°角,当人手进入控制区时,发射管发射的信号受手遮挡反射被接收管接收,经Q2等组成的放大电路放大,触发Q3输出低电平,IC1的TOCKF脚检测到低电平判断为有手进入取沫状态。从RB3脚发出驱动信号,电机正转,相应机械送出皂沫。MOTOR为高速电机,经皮带传动、齿轮减速后带动曲轴和凸轮,由曲轴推动机械送出皂沫,由凸轮推动复位的微动开关SW2动作,当微动开关动作时,CPU检测到RA3输入低电平,从RB3发出电机正转停止信号,从RB2发出电机刹车信号。完成一次取沫过程。IC3为低电压检测芯片HT7050,静态功耗1.5μA,当电源电压高于5V时,CPURA2脚输入高电平:当电源电压低于5V时。RA2脚变为低电平,RB7脚输出报警信号。指示灯连续闪动。R10、C5组成CPU外部时钟RC振荡电路,R10取100kΩ、C5取100pF、时,CPU的时钟频率约32kHz,足以满足运算速度和自动控制反应速度的要求。

  C4、R9组成CPU上电复位电路。
  
  2.低功耗原理分析
  
  对于用电池供电的设备,功耗是需要考虑的最重要因素。睡眠(SLEEP)模式是降低功耗的最好方法。这种工作模式下主振荡器停止工作、功耗最低,。Ipd的典型值仅几微安。PIC16C54A用于对成本要求严格的嵌入式自动控制系统时。通常系统时刻要对外部事件进行监测、判断,一旦外部事件发生,必须把单片机从睡眠(SLEEP)模式中唤醒,转而去执行相应处理程序。HC16C54A单片机仅有一个定时/计数器TIMR0中断源。从睡眠模式中被唤醒的方法有两种。一种是在MCLR脚加低电平使系统复位:另一种是看门狗监视定时器WDT处于工作状态时,其计数溢出复位。MCLR脚在电路设计中用于上电或掉电复位一般是不可缺省的,看门狗监视定时器WDT不能用于对外部事件进行监测、判断。因此本系统不能通过睡眠模式工作状态来满足低功耗以及同时对外部事件进行监测、判断的要求。只能通过适当降低外部时钟频率和芯片电源电压的方式。
  
  二、系统软件设计
  
  软件采用汇编语言编写。为了使静态待机功耗更低,在系统软件的控制下。红外线发射二极管间歇发射红外线。红外线接收电路的电源也采取间歇供电方式。此外。还用I/O口做外设电源,串大电阻:在SLEEP前置I/0口为输出,并且将不用的:I/0口全部接地;选择低功耗的电容:利用计数器TMR0下降沿触发中断。采取上述措施后,实测整机控制系统待机耗电为16μA-18μA。
  
  三、结束语
  
  检测表明。通过降低控制系统的工作电压、降低CPU的时钟频率和采取外部RC振荡器等技术,满足了产品低功耗及低成本等方面的要求,该技术同样适用于各种由电池供电的微电脑自动控制系统,如自动水龙头、医用自动手指消毒器等。

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