沙春芳

(鹽城師范學(xué)院物理科學(xué)與電子技術(shù)學(xué)院，江蘇鹽城 224002)

自動(dòng)化窗體作為樓宇自動(dòng)化的一個(gè)重要組成部分，逐漸受到重視，越來越多的自動(dòng)窗體被應(yīng)用到各種建筑中。大型樓宇中若干個(gè)開窗器構(gòu)成一個(gè)智能網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動(dòng)百葉、窗戶、消防門等設(shè)備，承擔(dān)起遮陽、開窗、通風(fēng)、排煙、消防隔離等任務(wù)。而對(duì)于一般家庭用戶來講，窗戶數(shù)量有限，通常也無組網(wǎng)的必要，所需的是一種具有一定智能化、工作可靠且成本低廉的開窗機(jī)。針對(duì)此需求，利用單片機(jī)STC15F104E設(shè)計(jì)了一種智能開窗機(jī)控制器。

1 硬件電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的智能開窗機(jī)控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。系統(tǒng)由開關(guān)電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)(TA8429H)模塊、控制模塊(STC15F104E)及開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)、堵轉(zhuǎn)檢測(cè)、位置檢測(cè)等構(gòu)成。

圖1 開窗機(jī)控制器結(jié)構(gòu)框圖

1.1 開關(guān)電源模塊

該模塊輸出24 V/2 A和5 V/0.5 A兩組直流電源，如圖2所示。該電路是基于TOP225［1］的開關(guān)電源的典型應(yīng)用電路，電路中S1是電源開關(guān)及開/關(guān)窗控制開關(guān)，打到“3”處定義為開窗操作，打到“1”處定義為關(guān)窗操作，打到中間位置電源斷開，觸點(diǎn)“3”與開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路相連，以實(shí)現(xiàn)開關(guān)S1狀態(tài)檢測(cè)。

1.2 開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)

開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路如圖3所示。只有開關(guān)S1打到“3”，光耦TLP521才不斷輸出近似于方波的脈沖信號(hào)給單片機(jī)STC15F104E的P34腳，利用程序?qū)崿F(xiàn)開關(guān)S1狀態(tài)的檢測(cè)。

1.3 控制及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

控制及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要由單片機(jī)STC15F104E及TA8429H構(gòu)成，如圖4所示。圖中 STC15F104E［2］是宏晶公司生產(chǎn)的單片機(jī)，指令系統(tǒng)與MCS－51兼容，價(jià)格低廉、體積小，僅有8個(gè)引腳，其中有6個(gè)I/O腳，滿足系統(tǒng)控制要求。TA8429H［3］是東芝公司推出的一款全橋驅(qū)動(dòng)電路，適合直流有刷電機(jī)的控制，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停止控制，其工作電壓為+27 V，平均工作電流可達(dá)3 A，完全可以滿足24 V/40 W直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。設(shè)計(jì)中電機(jī)控制信號(hào)經(jīng)單片機(jī)(MCU)的P31、P32輸出，經(jīng)光耦PC817隔離后送到TA8428H的輸入端，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制;TA8429H的“GND”與+24 V電源的“地”之間串接一個(gè)1Ω/3 W的電阻實(shí)現(xiàn)電機(jī)電流檢測(cè)，在關(guān)窗到位后，電機(jī)將堵轉(zhuǎn)，電機(jī)電流增大，因而電阻兩端電壓因而升高。調(diào)節(jié)電位器R18，使得Q1導(dǎo)通，光耦U9輸出低電平，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)。通過調(diào)節(jié)R18可以設(shè)定電機(jī)堵轉(zhuǎn)電流，從而實(shí)現(xiàn)開窗機(jī)負(fù)荷輕重的設(shè)定。當(dāng)開窗到位時(shí)，行程開關(guān)S2閉合，MCU的P30引腳變?yōu)榈碗娖?，MCU將控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。電路中LED0為電機(jī)堵轉(zhuǎn)指示，以方便堵轉(zhuǎn)電流設(shè)定，P2為單片機(jī)的在線編程接口。

圖2 開關(guān)電源電路圖

圖3 開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)電路

圖4 控制及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是檢測(cè)開關(guān)S1的狀態(tài)、檢測(cè)堵轉(zhuǎn)及行程開關(guān)、控制電機(jī)的運(yùn)行。MCU的P34引腳上脈沖情況反映了開關(guān)S1狀態(tài)，檢測(cè)方法是:定時(shí)50 ms，在50 ms內(nèi)如果P34為高電平，變量就加1，最大加至200，50 ms后判斷該變量的值，如果大于某個(gè)值，就認(rèn)為S1打到觸點(diǎn)“3”。實(shí)測(cè)證明這種檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、可靠。P30、P35兩腳上電平的情況分別反映了開窗到位及電機(jī)堵轉(zhuǎn)情況。系統(tǒng)軟件流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

將控制器應(yīng)用于采用SL－123F鏈輪式直流減速電機(jī)的開窗機(jī)中，實(shí)驗(yàn)在測(cè)試架上進(jìn)行，懸吊45 kg負(fù)載，電機(jī)電流為1.1 A，開窗速度約為10 mm/s。實(shí)際測(cè)試表明，電機(jī)開/關(guān)窗動(dòng)作、堵轉(zhuǎn)檢測(cè)、行程檢測(cè)正常、運(yùn)行可靠。

4 結(jié)束語

智能開窗機(jī)作為樓宇自動(dòng)化的配套設(shè)備將得到不斷的發(fā)展和完善，為人們提供安全、舒適、便利的生活環(huán)境。文中給出的基于單片機(jī)的智能開窗機(jī)控制器，成本低廉、工作可靠，滿足一般家庭的門窗控制需要。

［1］Power Integrations，Inc.TOP221 －227［EB/OL］.(2001 －09－07)(2012 －05 －06)http://www.gaw.ru/doc/power.

［2］宏晶科技有限公司.STC15F100系列單片機(jī)器件手冊(cè)［EB/OL］.(2011－10－30)(2012－05－06)http://www.stcmcu.com.

［3］TOSHIBA，Inc.TA8429H data sheet［EB/OL］.(2006 － 03－02)(2012 －05 －06)http://www.toshiba.com/taec/components2/Datasheet_Sync/261.