车门控制电路的研制本科毕业论文(编辑修改稿)

车门控制电路的研制本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

动电路工作，通过继电器吸合与断开带动电动机的工作实现车门打开与关闭能够实现车门的制动控制。 这里为了实验需要直接采用灯泡的亮暗来代替车门的打开与关闭。 [18] 7 图 351 车门控制电路 图 352 车门状态采集电路 图 351 是采集电路，从这里可以采集到此时车门的开关状态，将信号传输到控制器，方便控制器实现判断，为是否报警提供依据。 光电传感电路： 光电传感电路这里实际上就是一个光控电路，使用光控电路可实现用一些光源来控制用电电路的开启与关闭，并能实现电路的自动动作。 如常见 的路灯控制电路就是此类电路。 光控电路的工作原理是应用光敏元件来实现光线对其影响。 常见的光敏元件有光敏二极管、光敏三极管和光敏电阻等。 为了尽量减小温度影响，电路中的关敏元件均采用光敏电阻，以提高电路整体的灵敏度。 [19] 图 36 光电传感电路 图 36 是 利用光敏电阻，通过单片机 AD 采集器采集光敏电阻的端电压当端电压大于或等于 2V 是判断为白天，当端电压小于 2V 是判断为黑夜，以实现对白天与黑夜的信号采集。 8 报警电路 在实验中常用的报警电路有由 555 构成的多谐震荡电路，本次设计为了容易实现，控制简单，采用的是 控制器控制蜂鸣器报警电路，电路图如下。 图 37 报警电路 蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈， [20]使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机引脚输出的电流较小，单片机输出的 TTL 电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。 这里采用的是通过一个三极管8050 来放大驱动蜂鸣器。 当单片机给出信号后，在三极管的基极电流很小不足以是蜂鸣器发声，此时该电流经过三极管放大后形成一个放大一定倍数的集电极电流，此时在蜂鸣器两端就会形成一个完全能够是蜂鸣器发声的电压信号，以 保证蜂鸣器发声。 继电器的选择与驱动电路 本文控制电路主要器件采用的是继电器，要实现用单片机控制继电器达到以弱控强的电路，我在这里采用的是电磁式继电器，电磁式是一种在电路中非常常见的继电器，在电路中主要起到保护电路的作用。 下面再来介绍一下单片机和强电之间的桥梁 电磁继电器。 电磁继电器是有触点电继电器的一种。 它是利用电磁效应实现电路开、关控制作用的元件，广泛应用在电子设备、仪器仪表及自动化设备中。 在各种自动控制设备中，都要求用一个低压电路控制一个高压的电气电路。 这样不仅可以为电子线路和电气电路提供良好的 电隔离，还可以保护电子电路和人员安全。 下面我们看一下电磁继电器的构造：电磁继电器的构造：如图 38 所示， A是电磁铁，B是衔铁， C是弹簧， D 是动触点， E是静触点。 电磁继电器工作电路可分为低压控制电路和高压工作电路组成。 控制电路是由电磁铁 A、衔铁 B、低压电源 E1和开关组成；工作电路是由小灯泡 L、电源 E2和相当于开关的静触点、动触点组成。 连接好工作电路，在常态 9 时， D、 E 间未连通，工作电路断开。 用手指将动触点压下，则 D、 E 间因动触点与静触点接触而将工作电路接通，小灯泡 L 发光。 闭合开关 S，衔铁被电磁铁吸下来，动触点 同时与两个静触点接触，使 D、 E 间连通。 这时弹簧被拉长，观察到工作电路被接通，小灯泡 L发光。 断开开关 S，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸引力。 衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置，动触点与静触点分开，工作电路被切断，小灯泡 L 不发光。 电磁铁通电时，把衔铁吸下来使 D 和 E 接触，工作电路闭合。 电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。 图 38 继电器原理图 在我们的设计中要利用继电器实现控制的作用，首先要对继电器进行驱动，接下来看看继电器的驱动，这是典型的继电器驱动电路图。 图 39 中的三极管放大采用的是 PNP 三极管，实际 设计 电路图中使用的是 NPN 三极管。 图 39 继电器驱动电路 单片机是一个弱电器件，一般情况下它们大都工作在 5V甚至更低。 驱动电流在 mA 级以下。 而要把它用于一些大功率场合，比如控制电动机，显然是不行的。 所以，就要有一个环节来衔接，这个环节就是所谓的“功率驱动”。 继电器驱动就是一个典型的、简单的功率驱动环节。 在这里，继电器驱动含有两个意思 :一是对继电器进行驱动，因为继电器本身对于单片机来说就是一个功率器件：还有就是继电器去驱动其他负载，比如继电器可以驱动中间继电器，可以直接驱动接触器 ，所以，继电器驱动就是单片机与其他大功率负载接口。 图 39里面的三极管非常重要，在我们的各种电路设计中三极管都是一个不可或缺的 10 元件，用途十分的广泛。 三极管有两个作用一个是放大作用，一个是开关作用。 在这里，我们只了解它跟本电路有关的开关作用。 首先把三极管想成一个水龙头，上面的 VCC 就是水池，继电器是一个水轮机，下面的 GND 是比水池低的任何一点。 刚才说过，三极管就是水龙头，它的把手就是那个带有电阻的引脚。 现在，单片机的某一个需要控制这个继电器电路的输出引脚就是一只“手”，当单片机的这个引脚输出低电平的时候， 就像“手”在打开三极管“水龙头”，水就从上往下流，继电器“水轮机”就开始转起来了。 反之，如果是输出高电平， 手”就开始关“水龙头”，继电器”水轮机”因为没有水流下来，就会停止。 这就是三极管的开关作用简单的理解和记忆就是：三极管是一个开关器件，其实你真的可以将它看成是一个开关，只不过它不是用手来控制，而是用电压来控制的，因此，三极管有些时候也被称做电子开关。 图上还有一个东西，是保护二极管，一般是防止反电动势起到保护作用。 11 4 软件设计 主控制器的选择 STM32 系列 单片机是一款 高性能、低成本、低功耗的嵌 入式应用 的单片机，它的内核是 ARM CortexM3。 ST 公司对 STM32 进行了产品划分， 按性能分成两个不同的系列：STM32F103 属于 增强型系列和 STM32F101 是 基本型系列。 增强型 STM32F103 系列 的系统 时钟频率 可 达到 72MHz，是同类 中低端 产品中性能 是属于 最高的 一款 产品。 STM32F101 基本型 的系统 时钟频率 是 36MHz， 它的 16 位产品比 其他公司的 16 位产品 在价格上有 大幅提升了 性能，是 16 位 单片机 用户的最 好的 选择。 STM32F103 与 STM32F101 系列都内置 32K 到128K 的闪存， 所 不 一样 的是 SRAM 的最大容量 是和 外 部设备 接口的组合。 当系统 时钟 的 频率 为 72MHz 时， 单片机 从 内部 闪存 位置开始 执行 初始 代码， STM32 总的系统 功耗 36mA，是32位 单片机 市场 中 功耗最低的 一款 产品， 电流频率比为。 以下是 STM32F103C8T6 的实物图。 图 41 STM32F103C8T6 实物图 STM32F103C8T6 总共有 48个引脚， PA0— PA15 端口 A15 个、 PB0— PB15 端口 B15 个， 2个外部晶振引脚 OSC_IN、 OSC_OUT， 1 个复位引脚 NRST， 2 个 的实时时钟晶振引脚， BOOT0 程序驱动脚。 VDDA、 VDD_ VDD_ VDD_3 与 VSS、 VSS_ VSS_ VSS_3 总共8个电源引脚，包括模拟供电电源。 内核采用 ARM 32 位的 CortexM3，最高 72MHz 工作频率，单周期乘法和硬件除法；存储器采用从 64K 字节的闪存程序存储器，高达 20K 字节的SRAM；时钟、复位和电源管理采用 伏供电和 I/O 引脚 ，上电 /断电复位 (POR/PDR)、可编程电压监测器 (PVD)， 8MHz 晶体振荡器，内嵌经出厂调校的 8MHz 的 RC 振荡器，内嵌带校准的 40kHz 的 RC 振荡器，产生 CPU 时钟的 PLL，带校准功能的 32kHz RTC 振荡器；低功耗模式有睡眠、停机和待机模式， VBAT 为 RTC和后备寄存器供电； 2个 12位模数转换器，1us 转换时间 (多达 16 个输入通道 ) ，转换范围： 0 至 ，双采样和保持功能，还有内部温度传感器；内部共有 7 通道 DMA 控制器，支持的外设有 3 个定时器、 ADC、 SPI、 I2C和 USART 等；调试模式可 选择串行单线调试 (SWD)和 JTAG 接口。 如下图所示。 12 图 42 STM32F103C8T6 引脚图 图 43 是 STM32F103C8T6 的外部时钟，本方案采用 8M 外部晶振，进过内部 9 倍频后得到 72M 系统时钟，图 43 中的 30pF 电容与 10pF 电容为晶振的启动电容，不能偏大也不能偏小，链接 8M 的晶振上经典值电容应该选择 30pF， 晶振上的电容最大不能超过 15pF，晶振连接图如 43图所示。 图 43 外部时钟电路 单片机最小系统包括单片机芯片、晶振、复位电路，如图 44 所示为单片机的复 位电路， SW1 为复位按键，常态为开，当按下时为闭合， R4为 10K 电阻，上拉电阻的选取没有固定的要求，通常选取 10K， C5为滤波电容，大小选择 104 电容，也就是 100nF 陶瓷电容，防止复位按键抖动，导致系统误复位，启动滤除系统脉冲的作用，保护最小系统的正常工作。 通常机械按键都有一个抖动过程，就需要通过这个电容来滤除按键产生的抖动。 图 44 复位电路 13 通常供电电源都有小幅波动，需要通过使用大电容来滤除电源抖动，图 45 中的 4个电容是靠近 STM32F103C8T6 的电源引脚上放的，防止电源 引脚有抖动信号的干扰。 104 电容为通用的选取阻值。 图 45 电源防抖动电路 为了实现单片机的正常工作，就需要为单片机提供稳定的供电电源，这里使用LM1117 线性稳压芯片为单片机提供稳定的 + 电源，图 46 中 P6 与 P7 为排针，方便杜邦线的插拔， C C6 为 +5V 电源的输入滤波电容，稳定输入的 +5V 电压，使用 100nF 滤除高频干扰， 100uF 滤除低频干扰， C C7为输出滤波电容，稳定输出电压，使用 100nF 滤除输出的高频干扰， 100uF 滤除输出的低频干扰，为单片机提供可靠的供电电源。 图 46 供电电路 下图中为单片机下载方式选择端，或者是程序驱动方式选择端。 STM32 有三种启动模式对应的存储介质均是芯片内置的，它们是： 1）用户闪存 = 芯片内置的 Flash。 2） SRAM = 芯片内置的 RAM区，就是内存啦。 3）系统存储器 = 芯片内部一块特定的区域，芯片出厂时在这个区域预置了一段Bootloader，就是通常说的 ISP程序。 这个区域的内容在芯片出厂后没有人能够修改或擦除，即它是一个 ROM 区。 在每个 STM32 的芯片上都有两个管脚 BOOT0 和 BOOT1，这两个管脚在芯片复位时的电平状态决定了芯片复位后从哪个区域开始执行程序。 BOOT1=x BOOT0=0 从用户闪存启动，这是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 从系统存储器启动，这种模式启动的程序功能由厂家设置。 BOOT1=1 BOOT0=1 从内置 SRAM 启动，这种模式可以用于调试。 要注意的是，一般不使用内置 SRAM 启动 (BOOT1=1 BOOT0=1)，因为 SRAM 掉电后数据就丢失。 多数情况下 SRAM 只是在调试时使用，也可以做其他一些用途。 如做故障的局部诊断，写一段小程序加载到 SRAM 中诊断板上的其他电路，或用此方法读写板上的 Flash或 EEPROM 等。 还可以通过这种方法解除内部 Flash 的读写保护，当然解除读写保护的同 14 时 Flash 的内容也被自动清除，以防止恶意的软件拷贝。 一般 BOOT0 和 BOOT1 跳线都跳到 0(地 )。 串口下载的情况下， BOOT0=1， BOOT1=0 ，再复位，点击下载，下载完成后，把 BOOT0 的跳线接回 0，也即 BOOT0=0， BOOT1=0。 所以为了方便期间我们将 BOOT1 直接通过 100K 下拉电阻拉直地。