电子产品世界

2 电子系统设计
2．1 传感与输入部分
2．1．1 风速传感器
考虑到系统应具有体积小，成本低的特点，气象测量中使用的风杯式传感器无法满足要求，因此将风速信号转化成压力信号进行测量。选用的LAM—H4压力传感器采用应变电桥原理，将作用在表面的微小压力转化为差分电压。输出的信号经放大后再输入单片机处理，经换算即可表示风力等级。传感器精度等级0．05％R．O，输出灵敏度0．6±20％mV／V，保证了测量风速精度为0．1 m／s。
2．1．2 湿度传感器
湿度传感器用于检测空气中的相对湿度，例如，当相对湿度大于90％，可认为有雨，智能窗将自动关闭。选用AH11湿度模块作为湿度传感器。模块的供电为+5 V直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算。本模块湿度检测精度±5％RH，且已带温度补偿，长期稳定性好，满足系统要求。
2．1．3 光强传感器
为便于用户根据光强不同决定开窗状态，设置了光强传感器。利用光敏电阻GL5528自行设计了光强传感器。光敏电阻是利用半导体光电效应制成的一种阻值随入射光强变化而改变的电阻器，入射光变强，电阻减小。使用时将光敏电阻与10 k；Ω的电阻R构成测量电桥后接至5V电源，当外界光照变强时，光敏电阻阻值变小，R分压变大，取R上的电压差值即可判断光强变化。这种设计的优点在于电路简单。
2．1. 4 红外遥控
遥控设备在本系统内起着至关重要的作用，它是人机交互的通道。系统采用红外一体化接收头HS0038将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出可以让单片机识别的TTL信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作。HS0038由黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35 m。所使用的遥控器为WD6122型红外遥控发射电路，最多可外接64个按键，并有3组双重按键。
2．1．5 行程开关
为了判断窗子是否闭合，需要使用行程开关。利用单片机自带的硬件中断资源，设计了接触式的中断行程开关。当窗体闭合时引发中断，停止运行，进入节电待机状态。
2．2 处理与输出部分
2．2．1 单片机应用
随着技术的发展，单片机的功能日益多样化。以其具有价格便宜、体积小、技术成熟等特点而被广泛应用在各种控制场合。本系统使用STC12C5A60S2型单片机，由于其采用增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍，满足了程序运行对速度的要求。关窗后可切换到掉电模式(可由外部中断唤醒)，以降低功耗。硬件看门狗功能可用于监测程序是否运行正常。特别是芯片内部自带了8路10位AD转换功能，能直接将输入P1口的模拟量电压转换成数字量，大大节约了支持多个传感器的AD硬件成本。端口输出的数字信号可控制步进电机。
2．2．2 步进电机及驱动
采用42BYG250B两相混合式步进电机作为机械部分的驱动装置，经减速后带动叶片转动。选择L298N作为步进电机的驱动芯片。L298N为双全桥步进电机专用芯片(Dual Full-Bridge Driver)内部包含4信道逻辑驱动电路，两个HBridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平，可驱动46 V，2 A以下的步进电机，且可直接通过电源来调节输出电压，由单片机I／O端口来提供时序电压。
2．2．3 显示输出
系统中应用1602液晶显示屏显示操作界面，通过不同的菜单选择，即可显示设定的控制参数，又可显示测量值和系统的工作状态。显示屏在待机状态下可以关屏，降低功耗。
2．3 电路设计
图3为电子系统主要部分的原理图。在各芯片供电处接有滤波电容，以减少供电不稳给系统带来的影响。使用两级差模前置放大器，放大传感器的微弱信号，这种差模放大的接线方式可有效地减少噪声干扰。此外，由于电机属于感性负载，突然断电会产生较高的反电势，对电机和驱动芯片造成伤害，故需要在驱动回路接入续流二极管1N4007。单片机P1．0、P1．1、P1．2设为片内AD，外接运放输出端，P3．2、P3．3口分别接行程开关和红外模块，P3．5、P3．6接片外EEPROM的时钟端和数据端。

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关键词： 设计 系统 智能 传感器 基于