導語：如何才能寫好一篇家庭電路設計原理，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】電磁感應；ANSYS仿真；地熱電纜

1.引言

地熱電纜采暖是近年來出現在國內外的一種較新型的采暖方式。由于利用蓄熱式地熱電纜地板輻射采暖具有舒適程度高、使用成本低、環保無污染等優點，更受到大眾的青睞。同時，大面積使用地熱電纜采暖供暖還可以有效調節冬季夜間閑置電力，減少能源的浪費。我國南方地區也可以家庭或廠房為單位鋪設，所以地熱電纜采暖的普及已經成為當前采暖方式的重點發展趨勢。

但是對于電纜故障的斷點檢測一直沒有方便實用的技術和儀器出現。隨著我國地熱電纜采暖市場的逐年擴大，地熱電纜的損傷修復問題也越來越突出。由于地熱電纜鋪裝時預埋在地面混凝土之下，在施工和后期維護的過程中一旦電纜本身出現故障，維修起來相當困難。目前在國內針對地熱電纜故障的定點檢測儀尚屬空白。業內普遍采用將地面混凝土整體破壞，再把整根電纜取出重新安裝新電纜替代的辦法進行維護。這種辦法耗時長、不利于操作，還要破壞室內地面裝修，維修成本高，造成了大量人力、物力的浪費，業主也不易接受。目前對于電纜故障的診斷方法主要有電容比對法、脈沖反射法等方法[1-3]。本文利用電磁感應原理，利用ANSYS軟件進行了電磁場的仿真計算，在軟件仿真的基礎上設計了檢測電路，可以在不破壞地面鋪設的情況下，檢測電纜故障點。

2.電磁感應原理簡介

根據法拉第電磁感應定律，感應電動勢E＝nΔΦ/Δt，n：感應線圈匝數，ΔΦ/Δt：磁通量的變化率。對載流I，長為L的直導線，其周圍磁場為：

，其中，為場點到載流直導線的垂直距離，和分別為導線的電流流入端和流出端電流元與矢徑之間的夾角，被測電纜可以看作無限長直線載流導線，則，，所以磁場。該系統的激勵信號由1000Uf電容的充放電產生，結合電容充放電公式推導出該系統中勵磁信號產生的感應電動勢最大為：

，其中，：激勵信號電壓；：感應線圈的匝數；：感應線圈的面積；：地面或墻面的磁導率；：任一點到電纜軸線的垂直距離；：勵磁電路中的充、放電電阻；：勵磁電路中的充、放電電容。由此可知，當上述參數確定后，線圈中的感應電動勢即可求出。

3.地熱電纜電磁場仿真

常用的地熱電纜為雙芯電纜，以消除正常工作時的電磁輻射影響。一般的室內地熱采暖系統整體結構如圖1所示。從圖中可以看出，從地面位置，即瓷磚之上，檢測地熱電纜的電磁場的電路設計難點在于磁場強度信號的強度。

利用有限元分析軟件ANSYS的電磁場分析模塊對圖1所示的典型電纜鋪設狀態進行建模和仿真。根據地熱電纜采暖系統布置情況，考慮到混凝土和空氣對電磁場的影響方面的性能相像，在仿真模型中只考慮了通電電纜和空氣兩種材質和模型。施加不同的電壓信號，得到的B-H值計算結果如圖2、3所示。

從仿真結果圖可以發現，在地面檢測時，由于混凝土和瓷磚等物體的隔離距離很大，所以電流產生的磁場強度很微弱。而且B-H值跟信號發生器的電壓關系比較大。

4.斷點診斷電路設計

利用電磁感應原理，給地下電纜上加上一定頻率的交流信號產生交變磁場，在地面上移動感應線圈，利用線圈內磁通的變化量產生感應電壓信號來尋找故障點，將感應信號通過放大、濾波等處理后，用儀表顯示出來或利用耳機聽。在故障點，信號最強，當探頭從故障點左右前后移動時，信號即減弱或中斷，因此，信號最強處即為故障點。電路原理圖如圖4所示，根據發光二極管的變化可探測地熱電纜故障點在地下的位置。由于地面附近的電磁場強度較弱，線圈采集到的信號需經放大后才能顯示。這也是電路設計的重點和難點之一。然后經濾波和整流后，以LED燈顯示的方式確定故障點位置。

5.實驗

選用銅鎳鉻合金雙導線地熱電纜，上面依次覆蓋聚苯乙烯泡沫保溫板、水泥和瓷磚，電感線圈的電感量為0.01H，兩端并聯4700uF，根據公式，選頻頻率約為340Hz。實驗測得激勵信號的波形如圖5所示。在距地面最遠約為15公分處可以感應到信號，故障點范圍半徑在10cm以內。

參考文獻

[1]姚旻,胡必宸.便攜式電纜斷點定位儀[J].淮南工業學院學報.2002,23(2):67-71.

[2]張棟國.電纜故障分析與測試[M].北京:中國電力出版社,2005.

[3]孫啟飛.電纜檢測技術的應用及提高[J].低壓電器, 2010(1):49-51．

基金項目：浙江省大學生科技創新活動計劃（新苗人才計劃）項目（2011R409021）。

作者簡介：

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關鍵詞：微波多普勒傳感器；人體熱釋電紅外傳感器

中圖分類號：F293.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

一、智能報警系統的總體構成

本文介紹的智能住宅安防報警系統開發設計方案是參照國內外相關技術的發展狀況。根據系統擬達到的總體功能，將其劃分為三個功能模塊。其系統組成框圖1所示。

單元模塊的功能如下：

當夜間有人非法闖入時，由微波多普勒傳感器構成的電路將點亮警示燈來提醒住戶。而在白天如有人非法入宅，則無線門磁將會發送信號給單片機，再由單片機發出提示信號，并且人體紅外熱釋電傳感器將會監視盜賊的移動并發出警報音。這樣便可以實現24小時無盲區監控。

自動報警主機的核心器件是單片機，它是整個系統的“心臟”，由它來接收報警信號并控制、協調各功能模塊的正常工作，采用的是AT89C51單片機。

撥號電路主要采用MITEL公司的編/譯碼集成芯片MT8888來完成電話號碼的發送、配合單片機完成電話線上各種信號音的監測等工作。

本文將重點介紹微波多普勒和人體熱釋電傳感器的工作過程。

二、微波多普勒效應防盜報警器電路設計

微波防盜報警器的特點是當夜晚有人或物體在警戒區域內移動時，立即發出震耳的強有力報警聲音；當人或物體停止運動或退出警戒區域后，報警將持續50-60秒時間后自動停止。可對周圍一百平方米的范圍進行有效監視，不受一般墻壁及門板的限制且白天自動停止報警。

（一）電路設計

微波防盜報警器由多普勒效應傳感器、放大控制器、延時電路、光控電路及音響報警器電路等組成。其設計原理是利用多普勒效應傳感器通過外接環形天線向空間發射微波信號，形成一個立體空間的微波警戒區。放大控制器采用共射級放大器，能對接收到的弱信號進行放大。單穩態觸發器LE555對信號進行觸發控制。延時電路使報警器在沒有信號時還可以工作一段時間。光控電路讓報警器在白天不工作，夜晚工作。

（二）工作原理

微波防盜報警器電路原理如圖2所示。當人或物體在警戒區移動時產生多普勒效應，頻移信號經IC1內檢測、放大等處理后，由⑥腳輸出一個與移動信號相應的波動電平信號，再經VT1放大，VD1整流后，使VT2導通，于是IC2的②腳變為低電平，IC2的③腳輸出高電平，報警指示燈VL發光，同時IC3得電，其④腳輸出模擬警笛信號，經VF場效應管放大后，使HA發出警笛。當人停止移動或退出警戒區后，報警持續一段時間后停止。

白天有光照VT3導通，IC2④腳為低電平，使單穩電路強行復位，③腳輸出低電平，報警電路處于休眠狀態。

三、熱釋電紅外傳感器工作原理

當盜賊入室后，熱釋電紅外傳感器將接受的人體發射的紅外信號，轉換為微弱交流電壓信號。并耦合至第一、二級放大級進行放大。二級放大器的放大倍數分別取決于R6與R4的比值和R10與R7的比值。第三級為電壓比較器，無紅外信號時其反向端電壓大于同相端電壓，輸出為低電平，LED不亮。當傳感器檢測到紅外信號時，比較器反相端低于同相電壓，輸出為高電平，LED發光報警，若有人走動時，則輸出一串脈沖。圖3中放大器為μA741。

四、結束語

經過實驗證明，本文介紹的基于微波多普勒傳感器和人體熱釋電紅外傳感器的家庭報警系統，提高了防盜的性能，使得大眾的居住生活更安全，可靠。

參考文獻：

[1]張玉蓮.傳感器與自動檢測技術[M].北京：機械工業出版社，2007，09.

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關鍵詞： STM32F405； 平衡車； 控制系統； 自主尋跡

中圖分類號： TN911?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）14?0046?03

Design of STM32?based control system for intelligent balanced vehicle

GAO Zhengzhong， GONG Qunying， SONG Sensen

（School of Electrical and Automation Engineering， Shandong University of Science and Technology， Qingdao 266590， China）

Abstract：Design of a STM32?based control system for intelligent balanced vehicle is introduced， which uses the gyroscope and accelerometer to get the dip angle and angular velocity of the balanced vehicle， and adopts photoelectric encoder to acquire the speed of the balanced vehicle. The speed control signal and balance control signal are superimposed and then are loaded to the two motors in rear wheels for realizing the stillness and upright walk of the vehicle. Meanwhile， TSL1401 linear CCD is used to obtain the image information of the track， and the center line of the track is got accurately and the controlled quantity of direction bias of the vehicle is obtained after the recognition processing of the image. The actual operation results show that intelligent balanced vehicle can keep upright walk， implement steering and autonomous tracing on different paths quickly， and has good adaptability and stability.

Keywords： STM32F405； balanced vehicle； control system； autonomous tracing

0 引 言

在科學技術不斷取得新突破的今天，機器人走進家庭進入工廠已經成為現實，機器人與人們的聯系越來越密切。而兩輪移動式機器人因為結構簡便、反應靈活、適應性強和操作簡單等特點，受到了越來越多的關注[1?3]。本文結合自動控制原理、通信技術和傳感器應用等相關知識，完成了一個具有自主識別道路的兩輪平衡車的設計。該設計以STM32系列單片機為控制核心，運用陀螺儀、加速度計和光電編碼器等傳感器采集相關的數據信息，在硬件電路設計基礎上輔以軟件編程實現了平衡車的直立快速運動和不同路徑上的轉向和自主尋跡。

1 系統硬件結構設計

系統硬件部分主要由微控制器、穩壓電源、角度傳感器、電機驅動、測速模塊、賽道信息采集、人機交互等模塊組成。通過單片機內某些控制算法的處理后輸出PWM控制信號控制兩后輪電機，以完成系統的加減速、轉向和自主尋跡等[4?5]，系統硬件整體框圖如圖1所示。

1.1 微控制器模塊

該系統選用STM32F405單片機為控制器，該控制器是以CortexTM?M4為內核的高性能MCU[6]，工作頻率能夠達到168 MHz；同時STM32F405微控制器集成了單周期的DSP指令和FPU并行計算功能，運算能力被大大提高，能夠完成部分更復雜的系統控制。

1.2 穩壓電源模塊

穩定的電源對于一個控制系統的正常工作是必不可少且及其重要的。因此在設計平衡車系統時為各個模塊配置了合適、穩定的電源，并且在電路設計上避免不同電源和相同電源不同模塊之間的干擾，從而保證整個系統的穩定運行。該平衡車系統的大部分電路器件為5 V電壓供電，單片機核心控制器則為3.3 V低壓供電。圖2為系統穩壓電源模塊原理圖。

1.3 角度測量模塊

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關鍵詞： 甲烷； 氣敏傳感器； 濃度監測； 報警裝置

中圖分類號： TP 212.9 文獻標識碼： A doi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.02.015

引 言

隨著生活水平的不斷提高，家用可燃性氣體的使用得到了普及[1]。在使用可燃性氣體的過程中，因泄漏、廢氣等原因造成的燃氣爆炸、中毒等意外時有發生，給人們的生活帶來了極大的威脅。因此安全使用燃氣，如何有效地預防爆炸和中毒等意外的發生，成為了人們日益關心的話題。要解決這個問題，必須加強對天然氣的監測監控。

檢測氣體的方法有多種，如熱導法、紅外光譜系數法、超聲波測量法、氣敏半導體法和熱載體催化元件檢測法等。目前較為先進的方法是非分光紅外法[2]。其原理是：絕大多數雙原子分子和多原子分子氣體在紅外波段均有特征吸收峰，可用紅外吸收光譜法進行氣體濃度的檢測[3，4]。但是其價格昂貴，用于設計小型檢測裝置成本較高，不適用于一般家庭安裝。半導體氣敏傳感器具有靈敏度高、響應時間快、價格便宜、不需定期標定、壽命長等優點，適合家用報警。

現設計采用氣敏傳感器，對可燃氣體（其主要成分CH4）濃度信號進行監測并將其轉變成電壓信號，與已設定的電壓信號進行比較。當氣體濃度超過設定值時，氣敏傳感器輸出的電壓值超過設定的電壓值，經過三極管放大后，驅動蜂鳴器工作，實現裝置的報警功能。

1 電路的組成及工作原理

監測裝置的設計主要由電源、氣敏傳感器電路、比較器、放大電路和報警電路組成。圖1即為甲烷濃度監測報警裝置設計的具體框圖。首先氣敏傳感器根據所監測到的氣體濃度的不同，表現出不同的電壓信號，傳感器輸出的電壓信號進入比較器與已設定的電壓信號進行比較。如果傳感器輸出的電壓信號小于已設定的電壓，就不能驅動后面的報警電路工作，則表示空氣中甲烷氣體濃度小于報警濃度值，在正常值范圍內；如果傳感器輸出的電壓信號大于已設定的電壓，則經過后面的放大電路放大，從而驅動報警電路工作，發出報警信號，就表示空氣中的濃度已經超過了報警濃度值，這時候人們需要打開門窗或者關閉煤氣通道等以減低甲烷在空氣的濃度，防止意外事故的發生。

2 氣敏傳感器的選擇

2.1 TGS813的簡介

2.2 TGS813 的工作原理

2.2.1

靈敏度特性

4 結 論

利用氣敏傳感器TGS813及其他元件的特性，使其相輔相成，從而設計出高性價比的燃氣報警裝置[9]。該家用甲烷濃度監測裝置電路簡單，還可以根據用戶需要和具體情況進一步改進該報警裝置。如果向智能家居方向發展，可以加一個GSM模塊，即使家里沒人或者沒有聽到報警聲音，也能通過發短信的方式及時通知用戶，給報警加雙保險。此裝置推廣到普通家庭，作為燃氣洗澡裝置和廚房可燃氣的泄漏報警器，只要將其安裝在燃氣裝置附近即可實現自動泄漏報警，應用前景廣闊。

參考文獻：

[1] 李慶功，伍 東，謝 飛，等.居民住宅火災危險及安全防火措施探析[J].消防科學與技術，2009，28（6）：457-460.

[2] 陳樂君，劉玉玲，余飛鴻.光聲光譜氣體探測器的新發展[J].光學儀器，2006，28（5）：86-87.

[3] 劉中奇，王汝淋.基于紅外吸收原理的氣體檢測[J].煤炭科學技術，2005，33（1）：65-68.

[4] 李 巍，黃世震，陳文哲.甲烷氣體傳感元件的研究現狀與發展趨勢[J].福建工程學院學報，2006，4（1）：4-8.

[5] 潘慶誼，董小雯，張劍平，等.溶膠-凝膠法制備納米級SnO2[J].無機化學學報，1997，12（4）：494-498

[6] 孫群英，鄢志丹，劉 鳴.氣敏傳感器的電路設計[J].實驗科學與技術，2006，4（3）：122-123.

[7] 黃文科.費伽羅.TGS813型氣敏器件的特性研討[J].電子元件與材料，1994，13（3）：35-37.

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關鍵詞：液晶顯示器；驅動器；薄膜晶體管

“LCD Driver”是一個范疇相當廣的話題，LCD 的驅動類型大體可區分成TN(Twisted Nerrtatic)、STN(Super-TwistedNematic)以及TFT(Thin-Fikn Transistors)等三類，其中TN LCD多使用在儀器儀表等簡單的對圖像品質要求不高的數字顯示屏上，／ffiTFT LCD則適用于小至數碼相機的顯示屏，大至數十英寸的液晶平板電視。

儀器儀表需要LCD驅動IC，大尺寸液晶顯示也需要驅動IC，然而不同類型、不同尺寸的LCD卻必須搭配不同的驅動IC，沒有一種LCD驅動IC可以滿足各種類型、各種尺寸的驅動需求，因此在談論LCD驅動Ic時必須有更明確、更具體的范疇定義，才能夠完整說明與討論。

如今，有關TN、STN之類的LCD驅動IC其技術已相當成熟，技術發展與市場成長都達到一定程度，國內的IC設計業者逐步跨入此領域，這就迫使日本、韓國、臺灣的驅動IC設計業者朝更高技術性的LCD驅動IC發展，從TN、STN轉向TFT，從小寸數轉向大尺寸。本文側重介紹LCD TFT驅動技術。

LCD顯示原理

TN型液晶顯示原理

TN型的液晶顯示技術是液晶顯示器中最基本的，而之后其它種類的液晶顯示器也是在TN型基礎上加以改良。其顯像原理是將液晶材料置于兩片貼附光軸垂直偏光板之透明導電玻璃間，液晶分子會依配向膜的細溝槽方向依序旋轉排列，如果電場未形成，光線會順利的從偏光板射入，依液晶分子旋轉其行進方向，然后從另一邊射出。如果在兩片導電玻璃通電之后，兩片玻璃間會造成電場，進而影響其間液晶分子的排列，使其分子棒進行扭轉，光線便無法穿透，進而遮住光源。這樣所得到光暗對比的現象，叫做扭轉式向列場效應，簡稱TNFE(twisted nematic fieldeffect)。在電子產品中所用的液晶顯示器，幾乎都是用扭轉式向列場效應原理所制成。

STN液晶顯示原理

STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度，而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180～270度。

在傳統單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片(color filter)，并將單色顯示矩陣之任一像素(pixel)分成三個子像素(sub-pixel)，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，再經由三原色比例之調和，也可以顯示出全彩模式的色彩。

TFT液晶顯示原理

TFT型的液晶顯示器較為復雜，主要的構成包括：熒光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先液晶顯示器必須先利用背光源，也就是熒光燈管投射出光源，這些光源會先經過一個偏光板然后再經過液晶，這時液晶分子的排列方式進而改變穿透液晶的光線角度。然后這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最后出現的光線強度與色彩，并進而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。

LCD驅動芯片的作用與分類

通常在個人電腦等電子設備中都集成了液晶顯示器和對應的驅動芯片。液晶面板上的圖像顯示是通過驅動芯片提供的模擬電壓來實現的。LCD驅動芯片通過模擬電壓輸出直接驅動顯示面板，因而它的性能將直接決定LCD器件的顯示效果，另外由于它具有大量高電壓模擬輸出引腳、高速低振幅數字信號輸入等特點而成為了當今的技術熱點。

目前比較常用的是STN和TFT的LCD顯示器件。由于TFT是發展的趨勢和主流，后文中我們將主要針對TFT的LCD驅動芯片來談談此類IC。驅動TFT的液晶顯示器需要使用Gate Driver和Source Driver兩種驅動芯片，其中Source Driver負責提供列上各色素點的驅動電壓，而GateDriver控制每一行像素的選通狀態。另外，從應用的角度來看，工業產品或便攜式產品的LCD顯示設備的應用主要分為大屏幕(大于9英寸)和小屏幕(小于9英寸)的應用領域。通常情況下，小屏幕應用時通常會選擇Source Driver和Gate Driver復合在一起的Controller Driver來驅動，而大屏幕設備通常使用二者分離的驅動方式。

LCD控制驅動器的設計與開發

在多路驅動方式中，像素可分為選擇點、半選擇點和非選擇點。為了提高顯示的對比度和降低串擾，應合理選擇占空比(duty)和偏壓(bias)。施加在LCD上所表示的ON和OFF時的電壓有效值與占空比和偏壓的關系如下：

Vo：LCD驅動電壓

N：占空比(1／N)

a：偏壓(1／a)

多路驅動方式可分為點反轉驅動和幀反轉驅動。點反轉驅動適合于低占空比應用，它在各段數據輸出時，將數據反轉。幀反轉驅動適合于高占空比應用，它在各幀輸出時，將數據反轉。

對于多灰度和彩色顯示的控制方法，通常采用幀頻控制(FRC)和脈寬調制(PWM)方法。幀頻控制是通過減少幀輸出次數，控制輸出信號的有效值，來實現多灰度和彩色控制。而脈寬調制是通過改變段輸出信號脈寬，控制輸出信號的有效值，來實現多灰度和彩色控制。

顯示方式從簡單的段式、點字符式到復雜的點陣式、階調式的變化。顯示顏色從黑白逐步變化到彩色。顯示屏從小到大，響應時間逐步縮短，目前STN顯示器在成本及消費電流方面有優勢。TFT顯示器在對比度和動畫對應速度方面有優勢。作為LCD驅動器標準電路生產廠主要有NEC、EPSON、三星等公司。

LCD驅動器基本構成由以下部分構成：

控制部分：

TopDown(自頂向下)邏輯電路

RAM部分：

手工設計　異步2PortRAIvl

I／O口　輸出專用口

模擬部分：

手工設計　DC／DC轉換器

D／A轉換器　升壓放大器

電壓跟隨器　穩壓電路

溫度補償電路　振蕩電路

I／O部分：手工設計

LCD驅動設計流程

1．確定LCD驅動電路規格書。根據市場需求及發展趨勢，確定LCD驅動電路的規格書。

2．建立完整的設計環境。由于LCD控制驅動電路涉及到數字、模擬和高壓電路。SPICE參數的提取和驗證是其中重要的一項任務。因此，設計和工藝人員應制作測試用的TEG片，并對TEG片進行測試，提取和驗證SPICE參數，建立完整的設計環境。

3．LCD控制驅動電路設計。電路設計包

括確定電路設計方案、邏輯綜合、電路仿真和物理實現。

如采用低功耗技術，需選擇低功耗電源，內置存儲器和降低振蕩頻率，采用OSO(OneShot Operation)電路技術和MLS(Multi LineSelection多線選擇)驅動法。

?電路描述與仿真

數字電路可采用HDL語言描述，HDL仿真。模擬電路可采用原理圖輸入，SPICE仿真。對于整體電路仿真需采用數模混合仿真技術，還要解決顯示圖象的驗證技術。

?版圖物理實現

為了保證設計效率，數字電路部分的版圖可利用SE，進行自動布局布線。為獲得高性能，對模擬電路版圖及I／O部分版圖應采用手工布圖。由于全芯片采用不同的方法分塊制作，因此需利用全芯片合成、布局布線技術和部分電路版圖和全芯片版圖的DRC技術。

4．LCD控制／驅動電路測試技術。例如，多引腳對應能力；高速數據傳送；高精度測試；高電壓對應。表1為LCD控制器驅動常見引腳配置情況。

LCD DriVet設計需要考慮的問題

節約能耗

我們先來談談小尺寸LCD的發展趨勢。手機最初的應用只是單純的打電話，之后才發展出短信需求。到GPRS的功能開始普及后，手機也成了上網的工具之一，甚至有很多手機擁有了數碼相機的功能。近年來GPS功能也漸漸成為手機的必要功能，除此之外還有以游戲、看電視為取向的其他機種。從這些進展我們可以知道手機逐漸走向高畫質，高分辨率(由QVGA的128×180到現在WVGA854×480)。目前日本市場上超過50％以上的機種已經升級到WVGA的顯示器。但是高分辨率的產品，手機的處理速度必須加快，這將導致能耗的增加。

LCD模塊究竟有多耗電呢?我們以2007年的手機市場為例。假設2007年手機銷售量約有11億，其中35％為QVGA以上的顯示等級。一般來說QVGA的顯示器需要4顆背光，加上LCD驅動約可造成0.6瓦的耗電量。假設每天使用半個小時，這樣一來年總耗電量約48.18GWh。這樣的耗電量可以供給2700個一般家庭1年的用電，由此我們可以看到LCD模塊的耗電情形。

那么，如何省電就成為技術的焦點，背光省電技術進入人們視線。背光省電的技術目前可以分為LABC和CABC兩類。

LABC的L指的就是Lightsensor，這個概念衍生自歐美學者的研究。他們發現當人眼長期觀看LCD屏幕時由于其背光太亮，導致人眼瞳孔維持縮小狀態，使得眼睛容易感到疲勞。而當外在環境變暗時，我們若能調整降低背光亮度，不僅可以保護眼睛，還能達到省電目標。例如說在白天陽光下，由于外在光線很亮，我們可以使用100％的背光。但當到了陰影處，光線減少，我們就可以減少背光至80％。甚至到了晚上，環境光的干擾減少，背光能夠進一步減少至70％。這就是LABC的基本概念。

CABC的C指的是content，也就是內容分析。他的概念是在LCD驅動內新增一個內容分析器，假設當把圖片資料傳輸進來時，先將其亮度提高24％(此時圖片變亮)，再來我們可以將背光降低24％(此時圖片變暗)。由于事先已經將圖片經過分析器處理亮度，因此可以得到和原本圖片相差無幾的顯示效果。但是卻減少了24％的背光功耗。這就是CABC的技術。LABC和CABC的差異在于：LABC希望跟隨環境光的改變，調整背光效果。CABC則是透過內容分析器，隨時提供省電功能。

據分析，整個LCD模塊中主要耗電部分是LED背光和LCD驅動。LED背光其實花費了90％的電力，因此如何有效節省背光的功耗是未來的驅動技術的重點。但是驅動Ic本身是十分復雜的。它包含了各式各樣的模擬電路，例如Gate驅動、Source驅動、存儲、計時控制等等。為了導入背光省電技術，應嘗試整合畫面解析電路、背光調整電路、高畫質電路。透過這三個電路的整合，可以達到背光省電技術。

高分辨率．廣視角的顯示畫質

未來消費者對顯示屏將追求更大尺寸、更高清晰的品質，因為分辨率越高，畫面顯示更鮮艷、逼真。這就驅使顯示屏的生產商，努力開發更高畫質的產品，以滿足終端客戶的需求。

更快的信息傳輸速度，提高刷屏速度，避免出現拖影現象

眾所周知，LCD與其他的顯示技術相比，在響應速度上存在明顯缺陷，造成圖像拖影現象，但這種不足已隨著技術的改良逐步改善。其中驅動技術的改良在其中又將起重要作用。

綠色環保

在過去這幾年有許多節能環保的概念被討論，如何能在LCD模塊上達到更進一步的節能環保?目前全球關心的環保話題之一，就是溫室效應的問題。溫室效應會造成溫度上升，進而引發更多方面的問題。當溫度上升之后，會造成南北極或格陵蘭等地的冰山融化。海岸線上升的結果可能會淹沒地球上最肥沃的土地，如歐洲、美國、甚至北京、上海等人口眾多之地。那么，LCD產業界如何達到綠色環保是非常重要的。構思更省電、環保的驅動IC是LCD行業可持續發展的關鍵。

TFT LCD Driver未來發展趨勢

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關鍵詞： 單片機；家用監控系統；硬件選擇；電路設計

中圖分類號：TU855 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2012）0220059－01

近年來，隨著科技的進步，社會發展越來越快，人民生活也變得更加便捷舒適。可隨著許多高科技產品服務于生活的方方面面，也給家庭帶來了一些安全隱患，如煤氣泄漏、電器起火、水管漏出等。盡管當前市場上也出現了許多安防產品，但有的功能過于單一，有的價格昂貴，不適合普通家庭的安裝使用。為了解決這一問題，我們進行研究并設計基于單片機的家用無線監控系統。

該系統基于AT89S52單片機，利用單片機的嵌入式編程和無線通信技術的思想設計而成的，其中，AT89S52單片機作為各個監控電路的控制中心，利用液晶顯示器LCD1602對各種監控模塊出現的狀態進行顯示，通過無線通訊對出現的各種安全隱患進行報警處理。日常，該系統也可以顯示室內溫度、日期時間，還可以通過薄膜鍵盤對時間進行調整。

1 系統設計

1.1 設計思路

由于本系統是利用單片機的嵌入式編程思想進行系統總體控制，系統的各個不同模塊需要分別安裝在不同的位置，如：衛生間，廚房，防盜門等，因此，在硬件電路設計時，采用由主控臺整體控制，并與各功能模塊之間通過無線發射、接收信息的傳輸方式，實現整體監測與控制。因此，硬件電路的設計主要包括：總控制臺與無線模塊之間的連接電路，無線信號發射電路，無線信號接收線路等幾個主要部分。

1.2 系統組織模塊

從功能模塊來劃分，該系統包含有溫度傳感模塊、時鐘顯示模塊、液晶模塊，及無線編/解碼模塊等。

但從系統構成上來劃分，該系統包含主控臺模塊，廚房水、電、氣監控模塊，衛生間水電監測模塊，防盜門窗監控模塊等。主控臺與各組成模塊之間需要能過無線信號發射與接收來完成信號的傳送，因此，在系統設計時，每個組成模塊設計了相應的連接電路，然后，在主控臺模塊和各組成模塊分別設計無線信號發射和接收電路。

2 硬件選擇

本系統使用的硬件主要有AT89S52單片機，液晶模塊LCD1602，時鐘模塊DS1302，溫度傳感器模塊DS18B20，無線電路模塊以及無線編解碼芯片PT2262、PT2272等。

2.1 單片機的選擇

本系統選擇采用的AT89S52單片機是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k Bytes ISP（In-system programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器[1]，非常適合我們所設計的系統的需要。此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置的省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數器，串行口外中斷系統可繼續工作，掉電模式下，凍結振蕩器而保存RAM的數據，停止芯片的其它功能直至外中斷激活或者硬件復位。

2.2 液晶顯示器的選擇

在液晶顯示器的選擇上，由于LCD1602是16x2的顯示器，足以用于顯示日常的時間日期以及溫度，而且在報警發生和修改時鐘數據時，還可以利用清屏和英文語句來表示，加之LCD1602價格比較低廉，符合并足以滿足本系統設計思想，因此，選擇了LCD1602作為總控的顯示器。

2.3 時鐘模塊簡介

本系統選用的時鐘模塊為：DS1302，它是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，可對年、月、日、周、時、分、秒計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。

此外，DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與RAM相關的寄存器等[1]。時鐘突發寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態為一個8位的字節，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；另一類為突發方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。

2.4 溫度傳感器的選擇

在溫度傳感器的選擇上，最常用的是AD590和DS18B20兩種，其中AD590價格相對較高，而DS18B20足滿足我們系統設計需要，因此，選擇了DS18B20。

對DS18B20的使用，多采用單片機實現數據采集。處理時，將DS18B20信號線與單片機一位口線相連，單片機可掛接多片DS18B20，從而實現多點溫度檢測系統。

2.5 無線模塊以及編解碼芯片的選擇

無線收發模塊中，由于總控臺上要區分各個監控點，如果不使用編碼/解碼芯片，那只能是一個單一功能的遙控電路，功能有限并且很容易受到干擾。必須加上編解碼芯片，使用編碼/解碼芯片來把不同的遙控電路區分開，使一個發射電路的信息只能被一個接收電路來識別，使用編碼機制，就像密碼一樣，只有雙方的密碼相同才能有效。但編解碼芯片價格便宜，相比之下使用也更加方便。因此，我們最終選擇了編解碼芯片[2] 。

3 系統調試

軟件調試利用Keil C51進行軟件程序的編譯以及hex文件的生成，在生成hex文件后，利用Proteus7的仿真電路進行仿真[3][4]。

硬件調試前，我們利用Proteus7進行了硬件圖的設計和連接，在確定基本器件后在電路板上搭建電路。在搭建電路過程中，必須嚴格按照預先設計好的焊接點進行焊接。S52等多管腳器件最好有座，因為這樣更方便單片機的程序的燒寫和擦除。另外一定要注意液晶屏以及DS18B20的正負極的接法，以免接反而燒掉元件。

4 總結

該系統的設計以便于普通家庭用戶安裝使用，價格低廉，方便安裝，功能齊全為指導思想，目前主要的功能在軟件方面都已實現，但由于無線模塊在調試中受到的干擾比較大，使得在硬件方面功能沒有完全得到實現，但時間、日期、溫度的液晶顯示，時間、日期的鍵盤調節等均已經實現，無線通信模塊的電路也已搭建好。另外，本系統還可以進行手機模塊功能的擴展，即當有盜情或其它安全隱患出現時，可以通過手機以發送短消息或者撥打主人手機的方式進行遠程報警，這一功能的具體實現，還有待于我們進一步研究。

參考文獻：

[1]北京航空航天大學，《單片機與嵌入式系統應用》，2008，7：6-8.

[2]杜樹春編著，《單片機應用系統開發實例詳解》，北京：機械工業出版社，2007，10：55-56.

篇7

關鍵詞：STC12C5A60S2；路徑記憶；自動倒車

該項目的研究目的是為了幫助家用車輛安全駛進車庫而不受到刮損，節約車輛維護開支。而且現在人們在開車回家后或者開車上班后都要把車停到固定的停車位，但這對本來就惜時如金的人們來說，停車會浪費掉許多時間，于是我們基于電腦鼠的能力之上，設計了一個可以能正確判斷環境和記憶路徑的能力的智能倒車助手。該系統可以將行駛的路徑記憶下來，當需要再次倒車時，只要需要啟動開關，車就能自動倒回固定的停車位。

1.研究思路

智能倒車助手以小車為載體，利用一組編碼器時時檢測小車的速度和角度，并且能夠將信息記錄下來，從而能夠實現記憶曾經走過的路線，從而可以自動按路徑停放到固定的位置，可以為人們在固定的地方停車節省出很多時間。考慮到實際情況的復雜性，在實際的自動倒車過程中，我們在小車的兩側各加了兩組超聲波傳感器用來檢測障礙物，并與障礙物保持一定的距離保證車體不被劃傷；我們還加了兩組熱釋電用于檢測前方的人，一旦檢測到前方有人，車自動停下，并且打開喇叭，對擋路者進行示警，當人員離開后，小車繼續進行自動倒車，直至把車安全地停到固定的停車位，我們也可以及時的得到信息，并且趕到停車位去處理。該智能倒車系統極大地方便了有車族停車的煩惱。

2.硬件設計

2.1 STC12C5A60S2單片機系統設計

單片機最小系統是整個智能倒車助手的核心部分，它是至關重要的，其穩定與否直接影響系統的好壞。所以在設計智能倒車助手最小系統時一定要保證單片機最小系統符合電路設計要求，并且最小系統的設計要盡量減小所占空間，電路板布線密度高，滿足電氣規則。

2.2 超聲波避障模塊電路設計

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。

該項目采用HC-SR04模塊做超聲波避障的主要模塊。該模塊采用TRIG引腳做觸發引腳。模塊接收到單片機給TRIG引腳的至少10微秒的高電平信號后，將自動發出8個40千赫茲的方波，并自動檢測是否有信號返回；當有信號返回時，該模塊通過IO口ECHO輸出一個高電平，高電平持續的時間就是超聲波從發射到返回的時間。

2.3 熱釋電人員檢測模塊電路設計

熱釋電模塊電路主要由熱釋電紅外傳感器D203S、專用芯片BISS0001、菲涅爾透鏡組成。D203S功耗極低，電源電壓范圍為0.3到1.5伏，工作溫度范圍為零下30攝氏度到70攝氏度，適合在多種環境下工作，可廣泛應用于多種傳感器和延時控制器。該電路可以檢測到以檢測車為圓心，半徑12米范圍內是否有人員存在。

3. 軟件設計

3.1 軟件的主要功能

1. 使用旋轉編碼器記憶路徑的方式來使車輛自動倒車并進入車庫，雖然使用有了部分局限性，但是精確性方面使其大大提高。

2.兩側超聲波側測距微調車體狀態。

3. 車體后方采用主動式熱釋電，檢測后方是否有人。

4. 電機PWM輸出；車模運行控制：方向控制、速度控制；

5.機械精心設計，精心調校。使得機械結構穩定可靠。

6.模塊化結構設計，并且很好地解決了飛線問題，方便維護。

3.2 控制速度

采用自由定時器來控制電機控制I/O口的輸出脈寬，只要改變脈沖寬度就可以來調節電機的速度，以達到控制電腦鼠速度的目的。

轉彎共有兩種方式：一種是在前進中轉彎，即一個電機快轉，一個電機慢轉。另外一種方式是在原地轉彎，即車體先停在轉彎口，然后一個輪正轉，另一個輪反轉。前進中轉彎節約時間，效率高，原地轉彎控制較為簡單。由于原地轉彎需要減速停下來，轉完后再加速，非常浪費時間，故選取連續轉彎方法。

3.3 算法設計

單片機將把所有接收到的數據保存到內存中，以波特率9600bps為例，發送一個字符需要1050us左右，每一組對象或變量的監視信息最大長度約100個字節，發送共需要100ms，當收到電機、傳感器的狀態后，單片機實時演算出車體的位置及動向，如什么地方有墻，什么地方有人。

4.適用范圍

本產品適用于各種小型家庭車輛自動進出車庫，現在許多人在公司辛苦一天開車回家已是身心疲憊，回到家時什么都不愿意來做，這樣我們的倒車助手就可以幫他們緩解一部分壓力，免去開車入庫的麻煩；還適用于新手司機和對駕車技術不自信的用戶，他們的技術沒有達到熟練駕駛車輛倒回車庫的要求，為了避免在倒車過程中給車輛帶來刮損，倒車助手可以很好地解決這一系列難題。

參考文獻

[1] 郭天祥，51單片機C語言教程，哈爾濱理工大學出版社，2008.10. 31-42.

[2] 閻石.《數字電子技術基礎》（第四版）[M].北京市西城區德外大街4號：高等教育出版社.2006.6. 45-65.

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[4] 劉希民，張勇.控制儀表及系統[M].北京：國防工業出版社，2009.10. 30-45.

篇8

關鍵詞：ATmega 16 壓力傳感器BP300T 血壓測量

中圖分類號：TP216.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0065-01

血壓是反映心血管系統狀態的重要的生理參數，對血壓進行監測臨床工作中變得越來越重要[1]。本文采用示波法的測量原理，示波法血壓測量就是根脈搏波振幅與氣袖壓力之間的關系來估計血壓的。收縮壓和舒張壓分別對應脈搏波最大振幅的比例來確定[2]。

本文所設計的腕式血壓計主要由壓力傳感器BP300T、儀用放大器AD620、濾波器LM324、直流氣泵、ATmega16單片機和LCD1602顯示器構成。壓力傳感器將袖帶內的壓力信號轉換成電壓信號，通過放大濾波后送入單片機，通過單片機來控制整個電路工作。

1、測量原理

本設計根據脈搏波隨時間變化規律來進行血壓測量，隨著袖帶的放氣，脈搏波在振蕩時，兩相鄰脈搏波之間的時間間隔是先由小變大，再變小規律變化的。

2、硬件電路設計

2.1 整體電路設計

當壓力達到最大值時關掉氣泵，固定排氣閥開始放氣，壓力傳感器開始采集并保存數據，信號數據通過單片機處理后則通過LCD1602液晶屏顯示出收縮壓，舒張壓和脈率。

2.1.1 信號采集

壓力傳感器BP300把感應到的壓力信號轉換為相應的電壓信號，并且是線性對應的。BP300 的主要參數：300mmHg的壓力感受范圍；輸出電壓范圍是100+30mv;供電電壓為5V。

2.1.2 信號放大和濾波

壓力傳感器輸出電壓較弱且易受信號干擾，所以采用AD620儀用放大器來放大采集到的電壓信號。

AD620放大倍率和外接電阻值關系如下：

G=49.4kΩ/Rg+1 (1)

Rg=49.4kΩ/(G-1) (2)

其中G為放大倍數，Rg為外接電阻值。從AD620放大后輸出的信號實際上是袖內壓力信號與脈搏波信號的疊加。

在排氣過程中，袖帶壓信號屬于低頻率信號，設計中取0.6HZ，使用低通濾波器。采用二階有源低通濾波器，在采集到的信號中過濾出低頻的靜壓力信號，電路如圖1所示：

脈搏信號的頻率范圍是0.1HZ―30HZ，所以采用帶通濾波器濾出脈搏信號，由LM324構成的帶通濾波器如圖2所示。

3、軟件設計模塊

在外界袖帶氣壓逐漸下降的過程中，單片機間歇的對靜壓信號轉換通道和脈搏波信號通道進行AD轉換。然后進行判斷，將采集到脈搏信號的極大值存到結構體數組變量中；同時把所對應的靜壓信號轉換結果存儲到結構體數組中。數據采集完后進行數據處理，首先找出最大值，記錄其在結構體中的下標為a，在小于a的下標中找到第一個脈搏波信號大于最大值的0.7倍的值得下標，記為b；在大于a的下標中找到第一個脈搏波信號小于最大值的0.85倍的值的下標，記為c。然后把 b、c對應的靜壓值取出來轉換成氣壓值，最后通過LCD1602顯示出來。

4、結語

本裝置是使用Mega 16單片機為核心控制處理器，信號通過放大，濾波送入單片機計算處理后在LCD1602上顯示出舒張壓，收縮壓和脈率，測量精準方便。

參考文獻

[1]楊國忠.生物醫學工程的過去、現在和未來[J].世界醫療器械,1995,l(1)．

[2]錢峰,劉曄.基于示波法的電子血壓計的實現[J].儀器儀表學報,2006.

[3]鵬桂力,劉知貴,鮮華,李婧,王彩峰.基于 AVR 單片機的血壓、脈搏裝置設計[J].計算機工程,2007,1000-3428(2007)12-0247-04.

[4]李明際.汞柱式血壓計與電子血壓計測量結果異常研究[J].醫學計量,2011，32：137-138.

作者簡介

謝靜：西南科技大學信息工程學院，大學本科。

劉滿祿:西南科技大學工程技術中心，碩士研究生，助教。

篇9

關鍵詞：滅火機器人；stm32F103VCT6Mini；設計

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.210

1 實現功能與設計方案

我們想制作一個可以全自動運作的機器人，它可以在任何地方識別地形，自主完成滅火工作。要想完成這個工作需要考慮很多方面。比如地面摩擦、機器人電機的轉速差、各個齒輪間的摩擦等多個因素，我們用一個小屋來模擬現實家庭中機器人處理火警的過程，蠟燭代表家里燃起的火源，機器人必須找到并熄滅它。

針對以上的實現功能，我們打算設計一個一輛兩個大輪轉動，兩的萬向輪配合使用的車子，滅火工具在經過討論之后，我們打算使用風扇這樣一個相對難度較低的滅火器件。

2 機器人設計制作原理

滅火機器人主要以stm32為控制核心，他通過紅外火焰傳感器確定火災位置，通過紅外傳感與地面灰度傳感器進行地形識別，我們采用雙電機驅動來使其運動。通過無線藍牙模塊啟動小車后，機器人沿著場地里的右面墻壁行走，當搜尋到有蠟燭的房間時，紅外傳感器電壓會變低，低于設定好的電頻值，單片機接受信號，驅動電機，完成滅火。

3 模擬房子介紹

我們用的模擬場地的墻壁33cm高，材質為木頭與金屬。所有地板為黑色的金屬地板。墻壁為白色木質板。為了更加形象，我們在地板、門口鋪設地毯，模擬家庭。場地中所有的走廊和門口寬都是46cm，我們采用2.5cm寬的金屬標識表示房間入口。

4 系統硬件設計

我們設計的目的是設計一個在規定區域能自主搜索火源并實施滅火的智能機器人小車，本次設計使用的主控芯片使用了stm32單片機，我們有它完整的庫，所以程序編寫方面不成問題，主要工作是設計驅動跟改善機械結構上。

機器人機械部分安裝及改造：我們采用3D打印技術一次性打印出車體的框架。在電路板方面，我們用AD將穩壓模塊，電機驅動，stm32芯片全都集成到了一個板子上，節省了車體空間。因為是用3D打印的車體，所以車體堅固，重量小，便于其轉彎，提速。

傳感器的設計安裝、系統電路板的固定及連接：我們把五個紅外管放在底盤上面，三個大致岔開60度，車體后面安裝了兩個大致岔開120度的紅外對管。這樣能夠使探測的范圍更大，有利于對墻壁的探測。系統電路板用銅柱架空，為了達到滅火的高度，將風扇和火焰傳感器也加高。

5 系統軟件設計

軟件設計方案是以上述硬件電路為基礎的，我們采用C語言編寫，在將程序分為多個部分，一號房間，二號房間，三號房間，四號房間，一號返回，二號返回，三號返回，四號回家。用結構化程序完成小車的既定任務，方便，簡潔，有效。包括電機控制模塊、傳感器模塊的程序設計與實現。

6 滅火機器人行進路線分析

當小車于起點，小車一是可以不通過臺階，繞著1號房間向外搜索。二是直接過臺階，然后開始搜索。結合我們小車的特點和前面分析，我們選擇不過臺階。

起跑后，小車處于1號和4號房間中間，由圖可知，沿著左走的方案比較好，因此我們采用是左手規則，首先搜索的是1號房間，如圖中的綠色箭頭。當在1號房間發現火源時，小車進入房間并滅火，滅火后按最左側路線返回；如沒有發現火源，小車繼續按左手規則搜索房間，在第2個房間里有火源時，無論在那個角，火焰傳感器都能檢測得到，如果沒有檢測到，則直接搜索第3個房間，同理，然后搜索第4號房間，不管有沒有搜索到火源，從4號房間出來都繞著4號房間返回起點，因為回家過程中的時間不記入總時間，而繞行比較安全，小車比較好控制。

在選擇回家的路徑時，因為回家時間不算，所以針對這問題，我們的想法是減慢回家的速度，爭取成功率和穩定性。而且路線的選擇我們選的是從第一個房間里出來的是繞遠路的行駛路線，從第二個房間里出來是直線回家，但是不會再搜索其余的房間，因此我們在回家的程序上進行了很多討論，最終確立了一個最佳方案。

7 實驗心得與結論

本次的全自動循跡滅火機器人的設計對我來說是個非常好的經歷，它使我學會了keil這個編譯環境。并且我對C語言的理解加深，對stm32芯片的各個模塊的運用更加嫻熟。使我在學習創造方面有了質的飛躍。再設計制作中我也認識了很多大神朋友，他們教會了我很多東西，我在未來的制作中可以避免很多錯誤，豐富了知識儲備。我體會到硬件設計如果比較好的話，軟件編程是比較容易的，所以這才啟發我如果想搞好硬件，軟件必須要懂，要想編出一個比較漂亮的程序，硬件設計也要必須懂，只有軟硬兼顧，這才能開發出一個比較好的系統。

此外，由于地面的摩擦、機器人慣性、機器人電機的轉數差、齒輪箱與輪子的摩擦等因素，控制機器人直行和轉90度有一定的難度，要經過反復的調試、降低機器人的速度、通過傳感器矯正等才能達到比較精確的控制。所以在做的過程中，選擇一個好的、穩定的車模是必須的。

參考文獻：

[1]國際賽制機器人滅火比賽規則[S].PDF.

[2]公茂法.黃鶴松.楊學蔚.單片機原理與實踐[M].北京航空航天大學出版社，2009（03）.

[3]譚浩強.C程序設計（第四版）[M].北京：清華大學出版社，2010（06）.

[4]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2003（12）.

篇10

關鍵詞：紅外遙控；延時電路；繼電器；開關控制

中圖分類號：TM56,TN710 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1803503

Principle and Design of a Simple Infrared Remote Control Switch

SHAO Sifei1,YANG Yanning1,2,LIU Genju2,SU Pengfei3,MIAO Xiaofeng2,WANG Haijun2

(1.Xi′an Innovation College,Yan′an University,Xi′an,710100,China;2.Information College,Yan′an University,Yan′an,716000,China;

work Center,Yan′an University,Yan′an,716000,China)

Abstract：An infrared remote control switch is designed with analog components such as relays resistors,capacitors,transistors and so on,its power supply systems using capacitance DC buck regulator auxiliary power supply.Opening and shutting is resolved through the different time with capacitor charging and discharging.It introduces the work that the unit circuit theory in paring with digital remote control switch,it is simple in structure,small size,light weight,as well as the advantages of safe and reliable,can be widely used in electrical equipment shortdistance switch control.It has been applied in the laboratory,and made good use of effects.

Keywords：infrared remote control;delay circuit;relay;switch control

電源開關廣泛應用于汽車、通訊、電腦、家用電器、玩具工廠、倉庫、家庭居室以及辦公室等場所。傳統的機械式電源開關存在接觸電阻大、易磨損、可靠性低以及壽命短等缺點，而紅外遙控開關可以解決這一問題。紅外遙控開關是無觸點電子開關，不產生電火花，安全、方便、在可燃氣體等場所使用尤為安全；用電視機的遙控器就可以實現開關操作，安裝和代換都很方便，可以用它代換家居中非常普及的墻壁開關，在小家電領域具有廣泛的實用價值；將它用于石油存儲、液化氣、天然氣等化工設備中，大大提高了設備的工作安全性與可靠性。

1 設計總體方案

紅外遙控開關電路由紅外接收頭(實現紅外接收、放大、整形)、信號延時形成電路、繼電器控制電路和電源電路等組成，原理框圖如圖1所示。

紅外線作為短距離的控制信號有其自身優點：易于編碼，信號傳輸過程不易產生干擾等，所以采用紅外線作為控制信號。遙控開關系統由紅外接收、信號放大、積分平滑電路、繼電控制以及電源部分組成。要想對各種電器實現遙控，那么控制信號一定要穩定、安全。在傳輸過程中要使信號足夠強，就不能衰減太多，這就要求電路的電源能夠獨立給電路各部分供電。電源供電部分可選擇用干電池和直流穩壓電源2種方案。方案一：干電池供電。其電流穩定，是純直流電，調試過程會比較容易，不會因電壓不穩或電流波動而出現調試不成功的現象。但考慮到此開關可以廣泛應用在家電領域，控制對象多為220 V電壓，一般固定安裝在某個位置更換電池不方便，且由于控制器件一般耗電較多，經濟上也不劃算。所以不宜采用。方案二：采用220 V電壓供電。由于此開關部件多數采用了耐壓值不高的電子元器件，要用220 V，電源部分要經過處理才能給電路供電。這里主要有個高壓變低壓的問題，采用電容直接降壓再加上橋式整流器是不錯的選擇，然后用7805三端穩壓器對整流過的電壓進行串聯調整式的穩壓，可以達到設計所要求的效果。如果可以直接加在220 V電源上工作，此開關就能夠得到更加廣泛的應用。比較2種方案的利與弊，選用方案二。

2 電路設計

紅外發射可以直接采用國內很多電視機的飛利浦遙控器。接收與控制電路如圖2所示。

2.1 紅外信號接收及放大電路

RI為一體化紅外線接收頭，其外型如圖3所示。1腳信號輸出、2腳接地、3腳接電源。在未接收到紅外信號時，1腳輸出高電平，當RI接收到遙控器發射出的紅外線后，經內部放大、整形、濾出載波后從1腳輸出不同的編碼信號的脈沖串［1］；每按一下發射器，就會產生這樣的一組脈沖串，由C1耦合到Q1放大、D1整流后，再去觸發后續電路。