【摘 要】本文介紹了基于AvR單片機(jī)的多外圍設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計。分析了其中的多個步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路以及一些其它外圍電路的設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】AVR；控制系統(tǒng)；pWM傳感器智能座便器；AvR單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)

中圖分類號：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-8283(2009)03-0110-01

1 系統(tǒng)測試及存在的問題

系統(tǒng)的測試分為獨立測試和聯(lián)合測試。獨立測試是為了確認(rèn)該電路及相關(guān)的程序是否工作正常，而聯(lián)合測試則是確保這些外圍電路及相關(guān)程序之間的配合運(yùn)行能順利進(jìn)行。獨立測試時遇到的一個較隱蔽的問題出現(xiàn)在翻蓋和翻圈步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路中，就是前文提到的巴97和巴98組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。在用該電路驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，會有一定幾率出現(xiàn)單片機(jī)復(fù)位的情況。出現(xiàn)該問題是由于該驅(qū)動電路功率暗夜，運(yùn)行時壓降較高，從而拉低了單片機(jī)的電源電壓。當(dāng)電源電壓低于單片機(jī)的復(fù)位電壓時，單片機(jī)就會復(fù)位。解決方法是在電源和地之間并了一個1000卜#65378;的電容，在電源電壓被拉低時，電容里的電量會瞬間釋放出來，以維持電源電壓的穩(wěn)定。

2 思路及解決辦法

高可靠性、功能強(qiáng)、高速度、低功耗和低價位，一直是衡量單片機(jī)性能的重要指標(biāo)，也是單片機(jī)占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件。早期單片機(jī)工藝及設(shè)計水平不高、功耗高、抗干擾性能差、指令周期長、執(zhí)行速度慢。自從AVR單片機(jī)推出以后，徹底改變了這種狀態(tài)。它采用精簡指令集，硬件結(jié)構(gòu)采取8位機(jī)與16位機(jī)的折中策略，采用局部寄存器存堆和單體高速輸入/輸出的方案。這樣，既提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強(qiáng)了功能；又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本[1]。AVR單片機(jī)的先進(jìn)性和特點有很多，如脈寬調(diào)制(PWM)輸出，看門狗定時器，休眠模式(低功耗)的應(yīng)用，片內(nèi)A/O轉(zhuǎn)換器的使用，異、同步串口通信，軟件O從等。所以對于現(xiàn)在一般的嵌入式控制應(yīng)用，AvR單片機(jī)是一個很好的選擇。本文充分利用AvR單片機(jī)的優(yōu)勢，開發(fā)一個有眾多外圍設(shè)備的控制系統(tǒng)—智能座便器控制系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

設(shè)計該系統(tǒng)所需要的外圍設(shè)備包括：步進(jìn)電機(jī)、紅外測距傳感器、霍爾傳感器、溫度傳感器、水位傳感器、IC傳感器等等。各種步進(jìn)電機(jī)需要通過三極管跟MCU相連加以驅(qū)動。紅外測距傳感器得到的是模擬信號，所以MCU要得到紅外測距傳感器的信號，要用

①基金項目：浙江省科技廳重點項目(2側(cè)抖C23034)，2系統(tǒng)建設(shè)SystemC~ction

2.2 期計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用

A/O加以轉(zhuǎn)換?；魻杺鞲衅鳌囟葌鞲衅?、水位傳感器、!C傳感器得到的都是數(shù)字信號，所以可以直接跟MCU的輸入引腳相連。此外還有一些簡單的外設(shè)，需要相應(yīng)的一些驅(qū)動主機(jī)系統(tǒng)的硬件工作框圖智能座便器主機(jī)控制系統(tǒng)的功能主要有：噴頭清洗功能、除臭功能、干燥功能、臀部清洗功能、女用清洗功能、ST0p功能、沖水功能、翻圈和蓋功能、坐溫調(diào)節(jié)功能、水溫調(diào)節(jié)功能、風(fēng)溫調(diào)節(jié)功能、紅外接收功能等等。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

(1)PWM輸出電動機(jī)控制器。L298是雙H橋式驅(qū)動器。這種組合方式的優(yōu)點是，需要的元件很少，從而使得裝配成本低仁2〕，可靠性高和占空間少，并且大大的簡化了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，程序只需要控制PWM波的輸出就行了。單片機(jī)的控制原理如下：ATmega64內(nèi)部的16位定時器/計數(shù)器產(chǎn)生pWM波，提供給L297的CLK信號，L297產(chǎn)生的步進(jìn)電機(jī)控制信號經(jīng)由L298來驅(qū)動翻蓋和翻圈的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以過調(diào)節(jié)pWM波的頻率來控制。戶柑M波的頻率是由16位定時器/計數(shù)器的比較溢出寄存器控制的。

(2)控制波形輸出電路往復(fù)、閥門分配器和自動放水的步進(jìn)電機(jī)都需要控制角度。往復(fù)步進(jìn)電機(jī)需要調(diào)節(jié)清洗的位置，閥門分配器需要通過控制控制旋轉(zhuǎn)的角度來控制出水的速度，自動放水步進(jìn)電機(jī)要控制放水的大小。所以這三個步進(jìn)電機(jī)的相電流采用ATmego64的四個引腳的輸出電平來控制，改變四個引腳的輸出電平就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，控制電平脈沖的個數(shù)就能控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的角度，控制電平脈沖的速度就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速每一個引腳輸出的電平經(jīng)由三極管放大，接到步進(jìn)電機(jī)的一相電路上。每一相上再反接一個二極管到電源組成回流保護(hù)電路。

(3)開關(guān)量輸出電路鋁箔加熱器、電熱絲和電熱管需要22OV的電壓，所以采用可控硅BTA12驅(qū)動，并在電路中間加了光電隔離MOC3061。水泵由場效應(yīng)管驅(qū)動。蜂鳴器、電磁閥和兩個直流風(fēng)機(jī)由三極管驅(qū)動所示。各種指示燈經(jīng)由鎖存器和緩沖器連接到ATmego64的引腳。

(4)開關(guān)量輸入電路，所有傳感器除了紅外測距傳感器圖2L297和L298組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路由L297和L298組成。L297是步進(jìn)之外，輸出的都是數(shù)字信號，直接連接到ATmegO64的引腳上。紅外測距傳感器輸出的是模擬信號，所以需要在傳感器和ATmego64之間加一個AO轉(zhuǎn)換電路Syst陰eons加etion系統(tǒng)建設(shè)13機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用2008年第2期，閱r閱份，告叼月月進(jìn)電機(jī)控制波形輸出電路些鱺庫庫聲里匡匡高壓器件驅(qū)動電路JP19MGNETVAL電磁閥等的驅(qū)動電路

(5)紅外接收電路，紅外接收采用一體化接收頭，所以不需要解碼、信號放大等電路，只需要設(shè)計一個RC濾波電路對紅外信號進(jìn)行濾波處理。

(6)鍵盤輸入電路，本系統(tǒng)的功能很多，大部分的功能都通過遙控器來控制，在主機(jī)上只有幾個按鍵來控制一些基本的功能，如：沖水、清洗、干燥、STOp等等。鍵盤輸入電路采用普通單排的鍵盤電路計。系統(tǒng)的軟件設(shè)計考慮到系統(tǒng)可移植性及便于維護(hù)和擴(kuò)充，系統(tǒng)軟件采用C語言編寫。智能座便器主機(jī)控制系統(tǒng)的主要功能有：噴頭清洗功能、除臭功能、干燥功能、臀部清洗功能、女用清洗功能、STOp功能、沖水功能、翻圈和蓋功能、坐溫調(diào)節(jié)功能、水溫調(diào)節(jié)功能、風(fēng)溫調(diào)節(jié)功能、紅外接收功能等等。在這些功能中，涉及到對各種步進(jìn)電機(jī)的控制，對紅外測距傳感器、霍爾傳感器狀態(tài)的讀取。實現(xiàn)自動翻圈蓋功能，首先利用紅外測距傳感器檢測到人的靠近，然后控制步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)自動翻蓋，在翻蓋過程中要讀取霍爾傳感器的狀態(tài)以制翻蓋的角度以及停止的位置。

參考文獻(xiàn)：

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