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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 1.1 自 動(dòng) 關(guān) 窗 器 的 現(xiàn) 狀 分 析 自 動(dòng) 關(guān) 窗 器 產(chǎn) 生 于 歐 洲 。 在 上 世 紀(jì) 80 年 代 僅 僅 應(yīng) 用 于 一 些 進(jìn) 口 豪 華 車 上 。 在 90 年 代 末 期 才 在 我 國 進(jìn) 行 生 產(chǎn) 的 車 上 看 見 自 動(dòng) 關(guān) 窗 器 的 身 影 。 直 到 2005 年 才 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 經(jīng) 過 近 30 年 的 發(fā) 展 這 一 技 術(shù) 已 經(jīng) 相 當(dāng) 成 熟 。 現(xiàn) 在 我 國 市 場 上 的 大 部 分 高 中 檔 車 都 已 經(jīng) 安 裝 了 這 一 系 統(tǒng) 。 但 是 由 于 各 種 原 因 使 得 有 些 車 并 沒 有 安 裝 這 一 方 便 實(shí) 用 的 系 統(tǒng) 。 目前，隨著車輛的普及以及轎車家庭化的發(fā)展趨勢，人們對(duì)于汽車不僅僅是動(dòng) 力性，安全性，舒適性的要求，對(duì)于汽車的一些輔助系統(tǒng)也是有著極高的要求。 一些高端車已經(jīng)安裝了許都自動(dòng)化裝置。例如座椅角度調(diào)節(jié)器；GPS 導(dǎo)航儀； 城市車速測試提醒儀等一系列的輔助系統(tǒng) 同時(shí)隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展越來越多的與汽車相關(guān)的電子廠品不斷問世。 汽車電子已經(jīng)是現(xiàn)代汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。在不斷完善汽車動(dòng)力的同時(shí)， 汽車的內(nèi)飾汽車的輔助功能也是不斷發(fā)展。對(duì)于在高端汽車上已經(jīng)完善并且應(yīng) 用了的自動(dòng)關(guān)窗系統(tǒng)一般乘用車輛還是沒有安裝，當(dāng)駕駛員鎖車后出現(xiàn)忘記關(guān) 閉車窗的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致隨車物品的丟失，給車主帶來損失。設(shè)計(jì)出一套具有 自動(dòng)關(guān)窗功能的裝置，并且方便車上安裝，對(duì)于充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新思維，培 養(yǎng)創(chuàng)新思維及科學(xué)分析方法十分有益。 這 種 智 能 關(guān) 窗 系 統(tǒng) 的 工 作 原 理 是 主 要 通 過 電 子 模 塊 加 認(rèn) 組 合 ， 利 用 主 機(jī) 上 的 芯 片 里 面 設(shè) 定 的 程 序 完 成 檢 測 功 能 ， 使 關(guān) 窗 步 驟 順 利 完 成 。 可 以 設(shè) 定 時(shí) 間 ， 當(dāng) 車 窗 關(guān) 閉 時(shí) ， 它 使 電 源 中 斷 ， 保 護(hù) 電 動(dòng) 窗 馬 達(dá) 免 受 破 壞 ， 也 使 得 蓄 電 池 不 會(huì) 因 此 輕 易 耗 盡 智 能 關(guān) 窗 器 ， 只 有 在 車 鑰 匙 熄 火 后 ， 才 會(huì) 生 效 的 ， 關(guān) 窗 也 只 生 效 一 次 。 ,它 的 設(shè) 計(jì) 原 理 是 根 據(jù) 汽 車 電 動(dòng) 窗 在 正 常 工 作 和 關(guān) 閉 時(shí) 讀 入 的 模 擬 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 數(shù) 字 信 號(hào) ,儲(chǔ) 存 于 一 塊 記 憶 體 內(nèi) ROM,再 通 過 一 塊 專 CPU 芯 片 關(guān) 窗 時(shí) ,比 對(duì) 平 時(shí) 使 用 的 正 常 工 作 信 號(hào) , 以 程 序 方 式 來 控 制 和 處 理 電 機(jī) 的 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 由 于 是 依 次 動(dòng) 作 ,保 證 了 電 瓶 在 無 充 電 狀 態(tài) 下 ,正 常 放 電 ,使 電 瓶 和 電 動(dòng) 機(jī) 都 能 正 常 、 安 全 的 工 作 。 如今越來越多的轎車上安裝了電動(dòng)車窗,同時(shí)也隨著電子技術(shù)在汽車中的廣 泛應(yīng)用 ,出現(xiàn)了自動(dòng)關(guān)閉功能的智能型電動(dòng)車窗。這些裝備不僅方便了駕乘人 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 員,減輕了他們的疲勞強(qiáng)度 ,更有利于行車安全 電動(dòng)車窗主要由車窗玻璃升降器、電動(dòng)機(jī)、繼電器、開關(guān)等裝置組成。電 動(dòng)車窗除了要實(shí)現(xiàn)車窗的開啟與關(guān)閉外 ,更為重要的是要保證車窗在不同的環(huán) 境下均能正常工作。如在北方的冬季 ,車窗的移動(dòng)軌道出現(xiàn)冰雪時(shí) ,車窗在移動(dòng) 時(shí)遇到的阻力很大 ,如何保證車窗的正常開啟和關(guān)閉 ,這就是電動(dòng)車窗要解決的 主要問題。 汽車是現(xiàn)代生活中不可缺少的交通工具,隨著人們生活水平的提高,中央門 鎖和電動(dòng)車窗給駕駛員和乘客帶來了很大的方便。駕駛員通過它可以方便的對(duì) 所有車門的開閉進(jìn)行控制。電動(dòng)車窗使得駕駛員也可通過設(shè)在駕駛員旁邊的控 制開關(guān)對(duì)各車窗實(shí)現(xiàn)集中控制。但是在有些時(shí)候也會(huì)出現(xiàn)一些其他的麻煩。比 如:當(dāng)汽車停車熄火 ,鎖好門后 ,有時(shí)會(huì)忘記將車窗玻璃升到位 ,及時(shí)發(fā)現(xiàn)的, 要重新打開車門,按動(dòng)開關(guān)將其升到位;而一旦疏忽 ,不但會(huì)造成重要文件物品 丟失,甚至?xí)?dǎo)致車輛失竊、雨天駕駛室進(jìn)水等給用戶帶來不必要的經(jīng)濟(jì)損失和 精神負(fù)擔(dān)。鑒于以上情況 ,設(shè)計(jì)了在中央門鎖和電動(dòng)車窗的基礎(chǔ)上加裝的汽車 自動(dòng)關(guān)窗控制器。其工作情況是:當(dāng)汽車熄火后 ,鎖上門鎖時(shí),汽車自動(dòng)關(guān)窗控 制器會(huì)自動(dòng)關(guān)好開著的所有車窗玻璃。如果汽車附有遙控裝置 ,下車后只需輕 輕一按遙控器就可以放心地離開了,再不用擔(dān)心物品丟失、車輛失竊、雨天駕駛 室進(jìn)水等問題了。 1.2 選題的目的和意義 目的：（1）防止由于車窗未關(guān)好，造成汽車室內(nèi)物品被盜竊；(2)防止在 雨 天因忘記關(guān)窗而造成車內(nèi)進(jìn)水（3）防止車在冬天下雪化成冰時(shí)，車窗上升遇到 冰塊時(shí)，電機(jī)超負(fù)荷工作而損壞。 意義：本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)關(guān)窗器彌補(bǔ)原有玻璃升降系統(tǒng)的不足,當(dāng)您的汽車 熄火時(shí)，智能窗會(huì)感應(yīng)到門窗關(guān)閉程序,自動(dòng)為您關(guān)好開著的所有玻璃窗。當(dāng)您 汽車再次起動(dòng)時(shí),會(huì)恢復(fù)原有車輛升降系統(tǒng)工作程序。還擁有防負(fù)荷過載的功能， 本自動(dòng)關(guān)窗器安裝方便、使用更安全。 1.3 設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題 1.本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容: （1）結(jié)合汽車電路特點(diǎn)設(shè)計(jì)出自動(dòng)關(guān)窗器電路，主要解決正負(fù)極控制； （2）設(shè)計(jì)出具有車窗自動(dòng)升降控制功能的裝置，主要解決車輛落鎖時(shí)車窗 自動(dòng)關(guān)閉； 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （3）設(shè)計(jì)出針對(duì)威馳轎車的控制電路； 2、擬解決的主要問題: （1）了解自動(dòng)關(guān)窗器的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。 （2）選擇合理控制方式（正負(fù)極控制） 。 （3）搭建合適的電路，確定控制算法。 （4）確定安裝定位方式。 1.4 技術(shù)路線（研究方法） 收集相關(guān)資料 撰寫開題報(bào)告 了解基本電路 繪制基本電路圖 搭建控制電路 編寫關(guān)窗程序 自動(dòng)關(guān)窗器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 威馳轎車電動(dòng)車窗的結(jié)構(gòu) 2.1 車窗的開關(guān)及控制 電動(dòng)車窗系統(tǒng)都裝有兩套控制開關(guān)。一套安裝在駕駛員邊門車窗或儀表板 上，由駕駛員控制每個(gè)車窗的升降，是總開關(guān)。另一套分別裝在每個(gè)車窗中不， 由乘客進(jìn)行操縱，為分開關(guān)。每個(gè)車窗的電動(dòng)機(jī)都要通過總開關(guān)搭鐵，所以電 流不但通過每個(gè)車窗上的開關(guān)，還要通過總開關(guān)上的相應(yīng)開關(guān) 1。 威馳汽車的自身車窗電路是一個(gè)簡單的并聯(lián)電路 一 總開關(guān)的控制 （1）當(dāng)調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成的每個(gè)車窗開關(guān)按上時(shí)車窗玻璃應(yīng)向上運(yùn)動(dòng)：當(dāng) 調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成中每個(gè)車窗開關(guān)按下時(shí)，車窗玻璃應(yīng)向下運(yùn)動(dòng)。這是車窗控 制總開關(guān)的調(diào)節(jié) （2）當(dāng)車窗門鎖所上時(shí)，除駕駛員側(cè)門玻璃外其他的門玻璃均不能移動(dòng)。 二 檢查自動(dòng)操作功能（只有駕駛員側(cè)玻璃）接通點(diǎn)火開關(guān)（on） 。 （1）檢查自動(dòng)上升功能，調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成中的每個(gè)開關(guān)（up）下時(shí)，所 有玻璃充分關(guān)閉。 （2）檢查自動(dòng)下降功能；調(diào)節(jié)器主開關(guān)總成中的每個(gè)開關(guān)（down ）下時(shí)， 左右玻璃充分打開。 （3）當(dāng)開關(guān)由自動(dòng)下降切換到向上時(shí)，窗玻璃應(yīng)先停止運(yùn)動(dòng)。 2.2 車窗關(guān)閉與打開的工作方式 早期的汽車車窗普遍采用首要曲柄控制其上下移動(dòng)，但隨著汽車工業(yè)的不 斷發(fā)展，電動(dòng)車窗已被廣泛應(yīng)用。電動(dòng)車窗系統(tǒng)是通過電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車窗升降器 使車窗上下移動(dòng)，有些汽車上的自動(dòng)車窗由電機(jī)直接作用域升降器，而有些則 是通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用于升降器，從而把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成車窗的上下移動(dòng)， 威馳轎車采用的是通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)作用于升降器。 電動(dòng)車窗系統(tǒng)采用永磁式電機(jī)來操作每個(gè)車窗。電機(jī)的工作可以有單位的 主開關(guān)控制，也可以有單個(gè)車窗開關(guān)組成的組合開關(guān)來控制。車窗的升高和降 低取決于供給車窗電動(dòng)機(jī)的電流方向。 車窗的運(yùn)動(dòng)方式是用舉升器的升降來完成的。汽車的車窗的舉升器都采用 非常靈活的連桿來舉升車窗玻璃，同時(shí)保持器處于水平狀態(tài)。將小型電動(dòng)機(jī)連 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 接單一個(gè)渦輪和幾個(gè)其他直齒圓柱之論，以產(chǎn)生較大的齒輪減速比。從而提供 足以升起車窗的扭矩。電動(dòng)車窗的一個(gè)重要功能是電動(dòng)車窗不能強(qiáng)制打開 傳動(dòng)結(jié)果中的渦輪直齒這一功能。由于蝸桿和齒輪之間存在接觸角度，因此很 多渦輪都具有自鎖功能。蝸桿可旋轉(zhuǎn)齒輪，但齒輪不能旋轉(zhuǎn)蝸桿，齒之間的摩 擦致使齒輪結(jié)合。 連桿帶有一個(gè)長臂，此長臂與支撐車窗底部的桿相連。臂的末端在車窗升 高時(shí)可以劃入干的凹槽中。在干的另一端是一個(gè)大盤，盤上刻有輪齒，電機(jī)可 轉(zhuǎn)動(dòng)與這些齒接合的齒輪。而維持轎車采用的是交臂是車窗玻璃升降器。主要 有扇形赤坂，玻璃導(dǎo)軌及調(diào)節(jié)器等組成。它的工作原理（如圖 2.1 所示）扇形 齒板利用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的棘輪進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng) X 臂運(yùn)動(dòng)，而使車窗玻璃作上下 移動(dòng)威馳轎車的電動(dòng)機(jī)是一個(gè)永磁的，兩級(jí)直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部都裝有減 速裝置。車窗電動(dòng)機(jī)內(nèi)部一般都裝有抑制無線電干擾裝置。車窗電動(dòng)機(jī)一般設(shè) 計(jì)成正反旋轉(zhuǎn)，具有較高輸出轉(zhuǎn)矩低噪聲，小體積，扁平外形和短時(shí)間工作制， 并對(duì)塵埃及洗滌劑具有密封保護(hù)性能。為了與不同升降機(jī)構(gòu)相匹配，電動(dòng)機(jī)輸 出部分的結(jié)構(gòu)也有所不同。對(duì)于交臂式結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)的輸出部分也是一個(gè)小齒 輪，通過與軟軸上的齒相嚙合，驅(qū)動(dòng)軟軸卷繞，帶動(dòng)玻璃沿導(dǎo)軌作上下反復(fù)運(yùn) 動(dòng) 2。 圖 2.1 關(guān)窗系統(tǒng)舉升結(jié)構(gòu) 2.3 威馳轎車車窗電路的特點(diǎn) 威馳轎車電動(dòng)車窗僅僅需要按鈕操作，即可由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車窗上下移動(dòng)， 使車窗開啟或關(guān)閉十分方便。在威馳電動(dòng)車窗電路中，設(shè)有駕駛員操作的主控 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 開關(guān)和每一個(gè)車窗的獨(dú)立操作開關(guān)。每個(gè)車窗的操作開關(guān)可由乘客自己操作， 駕駛員可以控制四個(gè)車窗。有些汽車的主控開關(guān)還備有只能由駕駛員一人控制 的鎖止開關(guān)，已切斷其他各個(gè)車窗的電源，威馳轎車也有此功能。此時(shí)，只能 由駕駛員控制車窗的操作，每個(gè)車窗的獨(dú)立操作開關(guān)不再起作用 同時(shí)但由于有些人的汽車停車熄火關(guān)好門后，有時(shí)會(huì)忘記將玻璃窗升到位，如 果想啟動(dòng)的話要重新啟動(dòng)電源，還要按玻璃窗開關(guān)將其升到位，操作比較麻煩。 威馳轎車的的升窗系統(tǒng)是通過四個(gè)車門各有一個(gè)電機(jī)，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn) 來控制車窗的升降。 電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)是一段搭鐵，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止工作是時(shí)，電動(dòng)機(jī) 是兩端搭鐵。具體電路如圖 2.2 所示 1 2 3 4 5 6 A B C D 654321 D C B A FUSE 主主主 主主 FUSE 主主 主主主主 主主主主 主主主主 主主主主 主主 主主主主主主主主主主主主 主主主主 主主主主主主主主主 F?FUSE 圖 2.2 威馳轎車原車關(guān)窗電路圖 2.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了豐田威馳轎車的關(guān)窗系統(tǒng)，其中包括其控制方式，控制步 驟，及其主控與分控。還介紹了該轎車的關(guān)窗系統(tǒng)的運(yùn)行方式。其機(jī)械原理為 交臂式的舉升結(jié)構(gòu)，扇形齒板及玻璃導(dǎo)軌等組成來控制玻璃的上升與下降。為 自動(dòng)關(guān)窗器的設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 基于威馳轎車的自動(dòng)關(guān)窗器的設(shè)計(jì)及控制程 序的設(shè)計(jì) 3.1 基于單片機(jī)控制威馳車自動(dòng)關(guān)窗的基本設(shè)計(jì) 首先本設(shè)計(jì)的基本思路是用單片機(jī)對(duì)關(guān)窗系統(tǒng)進(jìn)行控制并完成最后的關(guān)窗 任務(wù)，其工作原理為汽車熄火后，單片機(jī)預(yù)先編寫好的程序開始工作。由該程 序來控制車窗自動(dòng)關(guān)閉。 根據(jù)任務(wù)要求我們要解決的主要有兩個(gè)問題，首先是保證轎車在關(guān)火后所 有車窗在沒有閉合情況下自動(dòng)上升至閉合位置，其次要解決有時(shí)關(guān)窗過程有異 物阻擋住車窗上升，從而使車窗電動(dòng)機(jī)損壞的問題。 解決第一個(gè)問題我們就需要了解威馳轎車關(guān)窗的時(shí)間為多少，在正常情況 下車窗由最低位置到完全閉合需要 4 秒時(shí)間，但是由于受天氣，溫度，等一系 類外界環(huán)境影響，威馳轎車關(guān)窗的時(shí)間為 4 到 6 秒。我們?cè)O(shè)定的時(shí)間按照最大 值來進(jìn)行設(shè)定，其設(shè)定其自動(dòng)關(guān)閉的時(shí)間為 6 秒。六秒鐘之后程序自動(dòng)結(jié)束， 另外還有第二個(gè)設(shè)計(jì)還要求；如果在北方的冬天有冰雪或異物阻擋玻璃上升這 樣會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生損壞，這樣就要求我們還要在威馳汽車原有的電路中加入電 路保護(hù)裝置，這樣就不會(huì)損壞關(guān)窗系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的原件以及當(dāng)玻璃夾到手指或 者其他身體部位能夠及時(shí)停下來。 3.2 整體設(shè)計(jì)方案及方案的選擇 3.2.1 方案的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)共有兩個(gè)方案： 方案一：要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)窗就應(yīng)該讓單片機(jī)在轎車熄火之后進(jìn)行工作，我 們首先確定如何控制單片機(jī)，首先我們?cè)邳c(diǎn)火開關(guān)處連接一個(gè)繼電器，這個(gè)繼 電器連接在點(diǎn)火開關(guān)熄火的位置，這樣在威馳轎車熄火后，該繼電器便與蓄電 池接通使繼電器閉合，我們將單片機(jī)的電源連接在繼電器的常開引腳上，這樣 在威馳轎車熄火后單片機(jī)就開始工作。 單片機(jī)需要相應(yīng)的程序程序才能進(jìn)行工作，我們分析整個(gè)電路在威馳轎車 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 的原車關(guān)窗電路中負(fù)極是一直搭鐵的，我們通過控制開關(guān)使電路與正極相連這 樣電動(dòng)機(jī)開始工作。而本設(shè)計(jì)只要求單片機(jī)熄火后對(duì)電路進(jìn)行控制，我們應(yīng)將 升窗一側(cè)的回路斷開這樣就避免了短路現(xiàn)象的發(fā)生。我們一共要控制四個(gè)車窗， 所以用到單片機(jī)的 8 個(gè)端口進(jìn)行輸出 P2.0 到 P2.3 分別連接一個(gè)常閉的繼電器 來控制熄火后的回路斷開，P0.0 到 P0.3 分別連接一個(gè)常開的繼電器來控制四 個(gè)車窗電動(dòng)機(jī)使車窗上升。那么單片機(jī)的程序就如下（當(dāng)威馳轎車熄火后便開 始至此那個(gè)程序并且該程序只執(zhí)行一次）單片機(jī)引腳 P2.0、P2.1 、P2.2、P2.3 輸出高電平，使用于控制關(guān)窗系統(tǒng)回路的繼電器閉合開關(guān)斷開，以免自動(dòng)關(guān)窗 系統(tǒng)在工作時(shí)發(fā)生短路而損壞電路中的元器件。該命令在延遲 20ms 以后，同 時(shí) P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 也同時(shí)輸出高電平 6 秒。6 秒后所有程序結(jié)束。整 個(gè)關(guān)窗工作完成。當(dāng)遇到異物或者玻璃窗沒有開到最大程度就進(jìn)行自動(dòng)關(guān)窗時(shí)。 為了避免電流過大造成單片機(jī)或者電動(dòng)機(jī)及其他元件，我們?cè)陔娐分屑尤肓藬?電器對(duì)電路加以保護(hù)。這樣一旦電流過大電路斷路器就會(huì)斷開回路從而保護(hù)電 路的安全。 方案二：方案二也是采取單片機(jī)控制，且原理與方案一大體相同，不同的 是此方案只用單片機(jī)的一個(gè)端口作為輸出端，整個(gè)工作過程就是威馳轎車熄火 后單片機(jī) P2.0 口輸出高電平 6s 之后結(jié)束任務(wù)。本方案主要是通過 P2.0 口輸出 的高電平驅(qū)動(dòng)三極管來控制總繼電器，總繼電器在通過控制八個(gè)分繼電器來完 成整個(gè)工作過程。八個(gè)繼電器其中四個(gè)用來斷開回路以免造成短路，四個(gè)用來 連接電動(dòng)機(jī)使其運(yùn)轉(zhuǎn)工作。當(dāng) P2.0 口輸出高電平 6 秒鐘結(jié)束后，關(guān)窗程序也完 成。電路保護(hù)同方案一。 3.2.2 方案的選擇 以上我們一共提出兩個(gè)基本設(shè)計(jì)方案， 方案一采用的是利用單片機(jī)八個(gè)端口進(jìn)行輸出分別控制回路的斷開和關(guān)窗 程序的進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)是程序的執(zhí)行時(shí)間準(zhǔn)確；控制誤差小。其缺點(diǎn)是程序編寫 相對(duì)復(fù)雜；各元器件連接較復(fù)雜；相比之下難度較大。 方案二采用的是單片機(jī)的一個(gè)端口輸出進(jìn)行控制，通過繼電器之間的配合 來完成整個(gè)關(guān)窗過程，該方案的優(yōu)點(diǎn)是，控制過程簡單：程序設(shè)定上較為容易； 元器件連接比較簡單。其缺點(diǎn)是，控制過程較容易出現(xiàn)短暫的短路過程；整個(gè) 控制過程不精確。 通過對(duì)兩個(gè)方案的對(duì)比我們選擇方案一近行設(shè)計(jì)，因?yàn)榉桨敢桓先蝿?wù) 的要求。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 3.3 單片機(jī)的型號(hào)選擇及控制特點(diǎn) 本次設(shè)計(jì)確定的方案是通過單片機(jī)控制整個(gè)關(guān)窗系統(tǒng)來完成的，所以單片 機(jī)的選擇非常重要的。經(jīng)過對(duì)單片機(jī)種類型號(hào)的對(duì)比與分析本次設(shè)計(jì)確定采用 89c51 單片機(jī)，因?yàn)槠涞凸β屎?。高性能，有更豐富的硬件資源，特別是其內(nèi) 部增加的閃速可電改寫的存儲(chǔ)器 Flash Rom 給單片機(jī)的開發(fā)及應(yīng)用帶來了很大 的方便。 3.3.1 89c51 的特點(diǎn) 1.一個(gè) 8 位的 80C51 微處理器（CPU ） 2.片內(nèi) 256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM/SFR,用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的 中間結(jié)果，最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 3.片內(nèi) 4KB 程序儲(chǔ)存器 Flash/ROM ，可以存放程序，一些原始數(shù)據(jù)和表 格。 4. 4 個(gè) 8 位并行 I/O 端口 P0P3，每個(gè)端口既可以用作輸入，也可以用作輸 出。 5.兩個(gè) 16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成技術(shù)方式， 用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的 結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。 6.具有 5 個(gè)終端源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)。 7.一個(gè)全雙工 UART 的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與 PC 機(jī) 之間的串行通信。 8.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體的微調(diào)電容需要外接，最高潤 徐振蕩頻率為 24MHz. 3。 3.3.2 單片機(jī)具體型號(hào)的選擇 經(jīng)過比較我們選擇比較常用的市面上比較常見的美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51 單片機(jī)，該單片機(jī)價(jià)格低廉性能較高，能夠滿足設(shè)計(jì)中的要求。 3.3.3 AT89C51 的基本性能特點(diǎn)及各管腳功能 AT89C51 是 一 種 帶 4K 字 節(jié) FLAS 存 儲(chǔ) 器 的 低 電 壓 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 處 理 器 ， 俗 稱 單 片 機(jī) 。 AT89C2051 是 一 種 帶 2K 字 節(jié) 閃 存 可 編 程 并 且 可 擦 除 ， 只 讀 儲(chǔ) 存 器 的 單 片 機(jī) 。 單 片 機(jī) 的 可 擦 除 只 讀 存 儲(chǔ) 器 可 以 反 復(fù) 擦 除 1000 次 。 該 器 件 采 用 ATMEL 高 密 度 非 易 失 存 儲(chǔ) 器 制 造 技 術(shù) 制 造 ， 與 工 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 的 MCS-51 指 令 集 和 輸 出 管 腳 相 兼 容 。 由 于 將 多 功 能 8 位 CPU 和 閃 爍 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 存 儲(chǔ) 器 組 合 在 單 個(gè) 芯 片 中 ， ATMEL 的 AT89C51 是 一 種 高 效 微 控 制 器 ， AT89C2051 是 它 的 一 種 精 簡 版 本 。 AT89C 單 片 機(jī) 為 很 多 嵌 入 式 控 制 系 統(tǒng) 提 供 了 一 種 靈 活 性 高 且 價(jià) 廉 的 方 案 。 外 形 及 引 腳 排 列 如 圖 3.1 所 示 圖 3.1 AT89C51 的 引 腳 排 列 其 特 點(diǎn) 如 下 ： 與 MCS-51 兼 容 4K 字 節(jié) 可 編 程 FLASH 存 儲(chǔ) 器 壽 命 ： 1000 寫 /擦 循 環(huán) 數(shù) 據(jù) 保 留 時(shí) 間 ： 10 年 全 靜 態(tài) 工 作 ： 0Hz-24MHz 三 級(jí) 程 序 存 儲(chǔ) 器 鎖 定 1288 位 內(nèi) 部 RAM 32 可 編 程 I/O 線 兩 個(gè) 16 位 定 時(shí) 器 /計(jì) 數(shù) 器 5 個(gè) 中 斷 源 可 編 程 串 行 通 道 低 功 耗 的 閑 置 和 掉 電 模 式 片 內(nèi) 振 蕩 器 和 時(shí) 鐘 電 路 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 各 個(gè) 管 腳 的 作 用 ： VCC： 供 電 電 壓 。 GND： 接 地 。 P0 口 ： P0 口 為 一 個(gè) 8 位 漏 級(jí) 開 路 雙 向 I/O 口 ， 每 腳 可 吸 收 8TTL 門 電 流 。 當(dāng) P0 口 的 管 腳 第 一 次 寫 1 時(shí) ， 被 定 義 為 高 阻 輸 入 。 P0 能 夠 用 于 外 部 程 序 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 ， 它 可 以 被 定 義 為 數(shù) 據(jù) /地 址 的 第 八 位 。 在 FIASH 編 程 時(shí) ， P0 口 作 為 原 碼 輸 入 口 ， 當(dāng) FIASH 進(jìn) 行 校 驗(yàn) 時(shí) ， P0 輸 出 原 碼 ， 此 時(shí) P0 外 部 必 須 被 拉 高 。 P1 口 ： P1 口 是 一 個(gè) 內(nèi) 部 提 供 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I/O 口 ， P1 口 緩 沖 器 能 接 收 輸 出 4TTL 門 電 流 。 P1 口 管 腳 寫 入 1 后 ， 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 ， 可 用 作 輸 入 ， P1 口 被 外 部 下 拉 為 低 電 平 時(shí) ， 將 輸 出 電 流 ， 這 是 由 于 內(nèi) 部 上 拉 的 緣 故 。 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) ， P1 口 作 為 第 八 位 地 址 接 收 。 P2 口 ： P2 口 為 一 個(gè) 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 8 位 雙 向 I/O 口 ， P2 口 緩 沖 器 可 接 收 ， 輸 出 4 個(gè) TTL 門 電 流 ， 當(dāng) P2 口 被 寫 “1”時(shí) ， 其 管 腳 被 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 拉 高 ， 且 作 為 輸 入 。 并 因 此 作 為 輸 入 時(shí) ， P2 口 的 管 腳 被 外 部 拉 低 ， 將 輸 出 電 流 。 這 是 由 于 內(nèi) 部 上 拉 的 緣 故 。 P2 口 當(dāng) 用 于 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 或 16 位 地 址 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 存 取 時(shí) ， P2 口 輸 出 地 址 的 高 八 位 。 在 給 出 地 址 “1”時(shí) ， 它 利 用 內(nèi) 部 上 拉 優(yōu) 勢 ， 當(dāng) 對(duì) 外 部 八 位 地 址 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 進(jìn) 行 讀 寫 時(shí) ， P2 口 輸 出 其 特 殊 功 能 寄 存 器 的 內(nèi) 容 。 P2 口 在 FLASH 編 程 和 校 驗(yàn) 時(shí) 接 收 高 八 位 地 址 信 號(hào) 和 控 制 信 號(hào) 。 P3 口 ： P3 口 管 腳 是 8 個(gè) 帶 內(nèi) 部 上 拉 電 阻 的 雙 向 I/O 口 ， 可 接 收 輸 出 4 個(gè) TTL 門 電 流 。 當(dāng) P3 口 寫 入 “1”后 ， 它 們 被 內(nèi) 部 上 拉 為 高 電 平 ， 并 用 作 輸 入 。 作 為 輸 入 ， 由 于 外 部 下 拉 為 低 電 平 ， P3 口 將 輸 出 電 流 （ ILL） 這 是 由 于 上 拉 的 緣 故 。 P3 口 也 可 作 為 AT89C51 的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 表 所 示 ： 口 管 腳 備 選 功 能 P3.0 RXD（ 串 行 輸 入 口 ） P3.1 TXD（ 串 行 輸 出 口 ） P3.2 /INT0（ 外 部 中 斷 0） P3.3 /INT1（ 外 部 中 斷 1） P3.4 T0（ 記 時(shí) 器 0 外 部 輸 入 ） P3.5 T1（ 記 時(shí) 器 1 外 部 輸 入 ） 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 P3.6 /WR（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 寫 選 通 ） P3.7 /RD（ 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 讀 選 通 ） P3 口 同 時(shí) 為 閃 爍 編 程 和 編 程 校 驗(yàn) 接 收 一 些 控 制 信 號(hào) 。 RST： 復(fù) 位 輸 入 。 當(dāng) 振 蕩 器 復(fù) 位 器 件 時(shí) ， 要 保 持 RST 腳 兩 個(gè) 機(jī) 器 周 期 的 高 電 平 時(shí) 間 。 ALE/PROG： 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖 存 地 址 的 地 位 字 節(jié) 。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 用 于 輸 入 編 程 脈 沖 。 在 平 時(shí) ， ALE 端 以 不 變 的 頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號(hào) ， 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 因 此 它 可 用 作 對(duì) 外 部 輸 出 的 脈 沖 或 用 于 定 時(shí) 目 的 。 然 而 要 注 意 的 是 ： 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 將 跳 過 一 個(gè) ALE 脈 沖 。 如 想 禁 止 ALE 的 輸 出 可 在 SFR8EH 地 址 上 置 0。 此 時(shí) ， ALE 只 有 在 執(zhí) 行 MOVX， MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 另 外 ， 該 引 腳 被 略 微 拉 高 。 如 果 微 處 理 器 在 外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 ， 置 位 無 效 。 PSEN： 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 的 選 通 信 號(hào) 。 在 由 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 取 指 期 間 ， 每 個(gè) 機(jī) 器 周 期 兩 次 /PSEN 有 效 。 但 在 訪 問 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) 器 時(shí) ， 這 兩 次 有 效 的 /PSEN 信 號(hào) 將 不 出 現(xiàn) 。 EA/VPP： 當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) ， 則 在 此 期 間 為 外 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 ， 不 管 是 否 有 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 。 注 意 加 密 方 式 1 時(shí) ， /EA 將 內(nèi) 部 鎖 定 為 RESET； 當(dāng) /EA 端 保 持 高 電 平 時(shí) ， 此 間 內(nèi) 部 程 序 存 儲(chǔ) 器 。 在 FLASH 編 程 期 間 ， 此 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編 程 電 源 （ VPP） 。 XTAL1： 反 向 振 蕩 放 大 器 的 輸 入 及 內(nèi) 部 時(shí) 鐘 工 作 電 路 的 輸 入 。 XTAL2： 來 自 反 向 振 蕩 器 的 輸 出 3。 3.3.4 振 蕩 器 特 性 : XTAL1 和 XTAL2 分 別 為 反 向 放 大 器 的 輸 入 和 輸 出 。 該 反 向 放 大 器 可 以 配 置 為 片 內(nèi) 振 蕩 器 。 石 英 振 蕩 和 陶 瓷 振 蕩 均 可 采 用 。 如 采 用 外 部 時(shí) 鐘 源 驅(qū) 動(dòng) 器 件 ， XTAL2 應(yīng) 不 接 。 有 余 輸 入 至 內(nèi) 時(shí) 鐘 信 號(hào) 要 通 過 一 個(gè) 二 分 頻 觸 發(fā) 器 ， 因 此 對(duì) 外 部 時(shí) 鐘 信 號(hào) 的 脈 寬 無 任 何 要 求 ， 但 必 須 保 證 脈 沖 的 高 低 電 平 要 求 的 寬 度 。 3.4 單片機(jī)控制程序的的設(shè)定 首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在單片機(jī)通電時(shí)開始工作，執(zhí)行編寫好的程序，并且 每次通電只執(zhí)行一次。 編寫程序要求：當(dāng)單片機(jī)與電源接通時(shí)，單片機(jī)開始工作，首先 P2.0 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 P2.1 P2.2 P2.3 四個(gè)端口首先輸出 20ms 的高電平，使原電路的回路斷開這樣 就可以避免發(fā)生短路現(xiàn)象。在 20ms 之后 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 PO.0 P0.1 P0.2 P0.3 共同輸出高電平 6S，這時(shí)車窗上升，6S 之后車窗上升完畢，程序結(jié) 束。程序編寫見附錄，流程圖如圖 3.2 所示 開始 駕駛員熄火后，主繼電器閉合 單片機(jī)電源接通，P2.0 P2.1 P2.2 P2.3 先輸出高電 平 20ms，控制繼電器將回路斷開，以免形成短路。 20ms 后 P2.0 到 P2.3 P0.0 到 P0.3 共同輸出高電平 6S 程序結(jié)束 圖 3.2 程序流程圖 3.5 protel 的應(yīng)用 PROTEL 是 PORTEL 公司在 80 年代末推出的 EDA 軟件，在電子行業(yè)的 CAD 軟件中，它當(dāng)之無愧地排在眾多 EDA 軟件的前面，是電子設(shè)計(jì)者的首選 軟件。 在 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 內(nèi) 組 織 按 分 層 結(jié) 構(gòu) 文 件 夾 建 立 的 文 件 顯 示 在 右 邊 的 個(gè) 人 安 全 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 有 一 文 件 夾 叫 設(shè) 計(jì) 文 件 ， 這 個(gè) 文 件 夾 中 是 主 設(shè) 計(jì) 文 件 (原 理 圖 和 PCB)， 還 有 許 多 的 子 文 件 夾 ， 包 括 了 PCB 裝 配 文 件 、 報(bào) 告 和 仿 真 分 析 。 這 里 對(duì) 在 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 中 創(chuàng) 建 文 件 夾 的 分 層 深 度 沒 有 限 制 。 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 對(duì) 存 儲(chǔ) Protel 設(shè) 計(jì) 文 件 沒 有 限 制 你 能 輸 入 任 何 類 型 的 設(shè) 計(jì) 文 件 進(jìn) 入 數(shù) 據(jù) 庫 ， 如 在 MS Word 書 寫 的 報(bào) 告 、 在 MS Excel 準(zhǔn) 備 的 費(fèi) 用 清 單 和 AutoCAD 中 制 的 機(jī) 械 圖 。 簡 單 雙 擊 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 里 的 文 件 圖 標(biāo) ， 在 適 當(dāng) 的 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 編 輯 器 打 開 文 件 ， 被 更 新 的 文 件 自 動(dòng) 地 保 存 到 設(shè) 計(jì) 數(shù) 據(jù) 庫 。 MS Word 和 Excel 文 件 可 以 在 設(shè) 計(jì) 管 理 器 中 直 接 編 輯 。 在本次設(shè)計(jì)中我們所有的電路繪制也是使用 protel 來完成的。P rotel99 SE 共 分 5 個(gè) 模 塊 ， 分 別 是 原 理 圖 設(shè) 計(jì) 、 PCB 設(shè) 計(jì) 、 自 動(dòng) 布 線 器 、 原 理 圖 混 合 信 號(hào) 仿 真 、 PLD 設(shè) 計(jì) 。 Protel 還 具 有 如 下 特 色 功 能 ： 強(qiáng) 大 的 全 局 編 輯 功 能 ； 在 原 理 圖 中 選 擇 一 級(jí) 器 件 ， PCB 中 同 樣 的 器 件 也 將 被 選 中 ； 同 時(shí) 運(yùn) 行 原 理 圖 和 PCB， 在 打 開 的 原 理 圖 和 PCB 圖 間 允 許 雙 向 交 叉 查 找 元 器 件 、 引 腳 、 網(wǎng) 絡(luò) 既 可 以 進(jìn) 行 正 向 注 釋 元 器 件 標(biāo) 號(hào) （ 由 原 理 圖 到 PCB） ， 也 可 以 進(jìn) 行 反 向 注 釋 （ 由 PCB 到 原 理 圖 ） ， 以 保 持 電 氣 原 理 圖 和 PCB 在 設(shè) 計(jì) 上 的 一 致 性 ； 支 持 用 CUPL 語 言 和 原 理 圖 設(shè) 計(jì) PLD， 生 成 標(biāo) 準(zhǔn) 的 JED 下 載 文 件 ； * PCB 可 設(shè) 計(jì) 32 個(gè) 信 號(hào) 層 ， 16 個(gè) 電 源 -地 層 和 16 個(gè) 機(jī) 加 工 層 ； 強(qiáng) 大 的 “規(guī) 則 驅(qū) 動(dòng) ”設(shè) 計(jì) 環(huán) 境 ， 符 合 在 線 的 和 批 處 理 的 設(shè) 計(jì) 規(guī) 則 檢 查 ； 提 供 大 量 的 工 業(yè) 化 標(biāo) 準(zhǔn) 電 路 板 做 為 設(shè) 計(jì) 模 版 ； 放 置 漢 字 功 能 ； 可 以 輸 入 和 輸 出 DXF、 DWG 格 式 文 件 ， 實(shí) 現(xiàn) 和 AutoCAD 等 軟 件 的 數(shù) 據(jù) 交 換 ； 智 能 封 裝 導(dǎo) 航 （ 對(duì) 于 建 立 復(fù) 雜 的 PGA、 BGA 封 裝 很 有 用 ） ； 方 便 的 打 印 預(yù) 覽 功 能 ， 不 用 修 改 PCB 文 件 就 可 以 直 接 控 制 打 印 結(jié) 果 ； 獨(dú) 特 的 3D 顯 示 可 以 在 制 板 之 前 看 到 裝 配 事 物 的 效 果 ； 強(qiáng) 大 的 CAM 處 理 使 您 輕 松 實(shí) 現(xiàn) 輸 出 光 繪 文 件 、 材 料 清 單 、 鉆 孔 文 件 、 貼 片 機(jī) 文 件 、 測 試 點(diǎn) 報(bào) 告 等 ； 雖 然 protel 具 有 如 此 強(qiáng) 大 的 功 能 但 是 本 次 設(shè) 計(jì) 中 我 們 只 是 應(yīng) 用 了 很 小 的 一 部 分 也 就 是 原 理 圖 的 設(shè) 計(jì) ， 對(duì) 于 該 軟 件 我 還 需 要 進(jìn) 一 步 學(xué) 習(xí) 。 3.6 keil 的 基 本 使 用 在 本 次 設(shè) 計(jì) 中 還 應(yīng) 用 到 了 編 程 軟 件 Keil 該軟件是 51 系列兼容單片機(jī) C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù) 性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接 器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 成開發(fā)環(huán)境將這些部分組合在一起。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系統(tǒng)。 通過使用該軟件對(duì) C 語言也有了一定的了解。 3.7 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)于自動(dòng)關(guān)窗器進(jìn)行設(shè)計(jì)并且提出多種方案，以及最終選定的 設(shè)計(jì)方案還對(duì)相關(guān)軟件進(jìn)行簡單介紹，對(duì)于自動(dòng)關(guān)窗器的程序進(jìn)行編寫。對(duì)于 單片機(jī)的選擇與單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)進(jìn)行敘述。 通過對(duì)比以及對(duì)單片機(jī)的介紹和了解最后選定用 AT89C51 單片機(jī)作為控制 單片機(jī) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第四章 電子元器件的選擇與電路的連接 4.1 三極管的選擇 本設(shè)計(jì)中的三極管應(yīng)用非常廣泛，主要是對(duì)繼電器的驅(qū)動(dòng)作用。以保證繼 電器的正常運(yùn)行。 本設(shè)計(jì)中所采用的都是 NPN 型晶體管，當(dāng)基極加正偏壓時(shí)，發(fā)射極引導(dǎo)電 流流至集電極，但晶體管不能導(dǎo)通除非加到基極的電壓超出發(fā)射極電壓大約 0.7V，晶體管導(dǎo)通時(shí)，基極和集電極相對(duì)于發(fā)射極都必須是正的。如果加到基 極的電壓與發(fā)射極電壓相比小于 0.7V，晶體管的作用如同打開的開關(guān)：如果大 于 0.7V，作用就像和上的開關(guān)如圖 4.1 所示 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 4.1 三極管的狀態(tài) 本次設(shè)計(jì)中主要用的就是開關(guān)作用，當(dāng)開關(guān)打開時(shí)集電極的電流就會(huì)流進(jìn) 發(fā)射極，我們把繼電器的線圈引腳一端接在集電極上一端接在蓄電池上這樣一 旦三極管導(dǎo)通，就會(huì)有電流通過繼電器的線圈使繼電器閉合電路導(dǎo)通或者斷開 4。 本設(shè)計(jì)選用 9013 型三極管 其參數(shù)為： 耗散功率：P=0.625W 集電極最大電流：ICM=0.5A 集電極基極擊穿電壓：BVCBO 45V 集電極發(fā)射極擊穿電壓：BVCEO 25V 特征頻頻率 ft 最小 150MHZ 該三極管是常用的小功率三極管，其特點(diǎn)是耗散功率比較低，驅(qū)動(dòng)電流比 較小，適用于一般低壓電路主要用于驅(qū)動(dòng)或開關(guān)作用，一般經(jīng)常用于驅(qū)動(dòng)繼電 器等小功率元器件。 4.2 二極管的選擇與調(diào)試 二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管;它只往一個(gè)方向傳送電流的電子零件。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 它是一種具有 1 個(gè)零件號(hào)接合的 2 個(gè)端子的器件，具有按照外加電壓的方向， 使電流流動(dòng)或不流動(dòng)的性質(zhì)。晶體二極管為一個(gè)由 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體形 成的 p-n 結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外 加電壓時(shí)，由于 p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂 移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 在選擇二極管的時(shí)候主要注意不要形成反向擊穿按機(jī)理分為齊納擊穿和雪 崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大 時(shí)，破壞了勢壘區(qū)內(nèi)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)， 致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。如果摻雜濃度較低，勢壘區(qū)寬度 較寬，不容易產(chǎn)生齊納擊穿。 另 一 種 擊 穿 為 雪 崩 擊 穿 。 當(dāng) 反 向 電 壓 增 加 到 較 大 數(shù) 值 時(shí) ， 外 加 電 場 使 少 子 漂 移 速 度 加 快 ， 從 而 與 共 價(jià) 鍵 中 的 價(jià) 電 子 相 碰 撞 ， 把 價(jià) 電 子 撞 出 共 價(jià) 鍵 ， 產(chǎn) 生 新 的 電 子 -空 穴 對(duì) 。 新 產(chǎn) 生 的 電 子 -空 穴 被 電 場 加 速 后 又 撞 出 其 它 價(jià) 電 子 ， 載 流 子 雪 崩 式 地 增 加 ， 致 使 電 流 急 劇 增 加 ， 這 種 擊 穿 稱 為 雪 崩 擊 穿 。 無 論 哪 種 擊 穿 ， 若 對(duì) 其 電 流 不 加 限 制 ， 都 可 能 造 成 PN 結(jié) 永 久 性 損 壞 。 在本次設(shè)計(jì)中因?yàn)槔^電器線圈是一個(gè)電感性質(zhì)的線圈，電感有一個(gè)特性， 流經(jīng)電感線圈的電流不能突變，如果突然切斷電感線圈的電流，電感本身就會(huì) 產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的電動(dòng)勢，來試圖維持電流不變，這個(gè)電動(dòng)勢往往非常強(qiáng)，它會(huì) 擊穿試圖阻斷電流開關(guān)，無論是空氣開關(guān)，還是半導(dǎo)體開關(guān)。如果是空氣開關(guān)， 就會(huì)擊穿空氣，造成不能斷電，如果是半導(dǎo)體開關(guān)，就會(huì)燒毀這個(gè)開關(guān)。 二極管就是為這個(gè)電動(dòng)勢提供一個(gè)泄放的通路，由于電動(dòng)勢的方向與電源 的方向相反，所以叫做反向電動(dòng)勢，二極管也是反向接入的。有了它，電動(dòng)勢 就不會(huì)太高了，保護(hù)了開關(guān)和其他元器件不至于損壞 5。在選擇上選擇低壓電 路中比較常用的 IN4001 即可其連接方式如圖 4.2 所示。 選擇型號(hào)為： IN4001 的二極管 最大反向峰值電壓（PRV）：50V 最大半波整流電流（Fsm）：1A 最大正向峰值電流：30A 最大反向電流（常溫下） （IR）:5uA 最大正向電壓（常溫下）(VFm)：1V 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 4.2 二極管與繼電器的連接 調(diào)試方法：將電路按照正確方式連接，將繼電器直接供予 12v 電壓，在繼 電器的常開端連接一個(gè)負(fù)載電動(dòng)機(jī)，連接之后接通電源，繼電器應(yīng)該閉合，負(fù) 載電動(dòng)機(jī)應(yīng)正常工作。反復(fù)測試多次證明繼電器連接無誤。 4.3 電阻的選擇與三極管的接法 電阻器是電路中不可缺少的部分，應(yīng)用非常廣泛。它在電路中可以起到電 壓調(diào)整和負(fù)載的作用。 9013 是 NPN 型三極管，當(dāng) 51 單片機(jī)一個(gè) I/O 端口（例如 P2.0）輸出是高 電平時(shí)，繼電器線圈被驅(qū)動(dòng)與三極管之間串有電阻 R，一般該電阻 R 取 5.1K- 10K 都可以。但是一般都要通過計(jì)算來獲得一個(gè)理論上允許的電阻的范圍再加 以驗(yàn)證從而得到可行的具體阻值。要從理論上講，應(yīng)該查一下繼電器線圈的阻 值（繼電器線圈的阻值為 400 歐） ，即保證繼電器可靠吸合時(shí)所需要的電流，該 電流就是三極管作開關(guān)作用時(shí)的集電極飽和電流 Ics，那 Ics 除以 就是必須的 基極電流 Ib 也就是基極所需要的最小電流，如果 R 的取值如過大，不能滿足三 極管的導(dǎo)通要是所需要的電流，繼電器就無法正常工作。 選用型號(hào)為 9013 的三極管，P2.0 高電平約 5V，則 R 小于（5-0.7） /Ib。0.7V 是三極管的 B-E 導(dǎo)通電壓。 繼電器的線圈電阻為 400 歐姆設(shè)為 Rc:Ics=Ucc/Rc=12/400=30mA 9013 三極管 為 64 到 90 取最小值 60 Ib=Ics/ =30/60=0.5mA 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 P2.0 高電平約 5V，則 R 小于（5-0.7）/Ib。0.7V 是三極管的 B-E 導(dǎo)通電壓。 則 R 小于 8.6K。 我們所計(jì)算得到的理論值為小于 8.6K.連接方法如圖 4.3 所示 圖 4.3 三極管與電阻的連接 4.4 斷電器的原理及選擇 有一種被稱為電熱調(diào)節(jié)器的電子元件斷電器，也稱為固態(tài)斷路器。這種斷 路器的電阻隨著溫度的升高而增大，它沒有機(jī)械部件，以聚合體（彈和晶體） 做成。聚合體內(nèi)有一定密度的碳和晶體。碳是可以導(dǎo)電的，所以當(dāng)斷路電器兩 端有電壓時(shí)，電流就通過碳導(dǎo)通。當(dāng)斷電器中有電流通過時(shí)，其中的晶體膨脹， 從而導(dǎo)致聚合體中碳的密度減小，是聚合體的電阻變大。當(dāng)溫度達(dá)到一定值， 碳的密度太小，電阻過大，就會(huì)形成短路狀態(tài)。聚合體中沒有電流通過時(shí)，就 會(huì)開始降溫，晶體收縮，碳的密度又會(huì)增加，電路又會(huì)重新導(dǎo)通。這樣反復(fù)循 環(huán)。這種斷電器在電動(dòng)折床和電動(dòng)門鎖電路中都有使用。我們?cè)诒敬瓮Y轎車 電路完善中就加入了，此類斷電器。以保證汽車關(guān)窗系統(tǒng)的安全性，避免電流 過大時(shí)燒毀電動(dòng)機(jī)或者升窗過程中，夾道手指或者人體其他部位，而造成傷害。 4.5 繼電器的選擇和使用 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制 系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流 去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)” 。故在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn) 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 換電路等作用。 當(dāng) 輸 入 量 (如 電 壓 、 電 流 、 溫 度 等 )達(dá) 到 規(guī) 定 值 時(shí) ， 使 被 控 制 的 輸 出 電 路 導(dǎo) 通 或 斷 開 的 電 器 。 可 分 為 電 氣 量 (如 電 流 、 電 壓 、 頻 率 、 功 率 等 )繼 電 器 及 非 電 氣 量 (如 溫 度 、 壓 力 、 速 度 等 )繼 電 器 兩 大 類 。 具 有 動(dòng) 作 快 、 工 作 穩(wěn) 定 、 使 用 壽 命 長 、 體 積 小 等 優(yōu) 點(diǎn) 。 廣 泛 應(yīng) 用 于 電 力 保 護(hù) 、 自 動(dòng) 化 、 運(yùn) 動(dòng) 、 遙 控 、 測 量 和 通 信 等 裝 置 中 。 繼電器的種類非常多有：電磁繼電器。熱敏干簧繼電器、固態(tài)繼電器、光 電繼電器等多種類型。本次設(shè)計(jì)采用的是電磁繼電器。 電磁繼電器的工作原理: 電 磁 式 繼 電 器 一 般 由 鐵 芯 、 線 圈 、 銜 鐵 、 觸 點(diǎn) 簧 片 等 組 成 的 。 只 要 在 線 圈 兩 端 加 上 一 定 的 電 壓 ， 線 圈 中 就 會(huì) 流 過 一 定 的 電 流 ， 從 而 產(chǎn) 生 電 磁 效 應(yīng) ， 銜 鐵 就 會(huì) 在 電 磁 力 吸 引 的 作 用 下 克 服 返 回 彈 簧 的 拉 力 吸 向 鐵 芯 ， 從 而 帶 動(dòng) 銜 鐵 的 動(dòng) 觸 點(diǎn) 與 靜 觸 點(diǎn) （ 常 開 點(diǎn) ） 吸 合 。 當(dāng) 線 圈 斷 電 后 ， 電 磁 的 吸 力 也 隨 之 消 失 ， 銜 鐵 就 會(huì) 在 彈 簧 的 反 作 用 力 返 回 原 來 的 位 置 ， 使 動(dòng) 觸 點(diǎn) 與 原 來 的 靜 觸 點(diǎn) （ 常 閉 觸 點(diǎn) ） 釋 放 。 這 樣 吸 合 、 釋 放 ， 從 而 達(dá) 到 了 在 電 路 中 的 導(dǎo) 通 、 切 斷 的 目 的 。 對(duì) 于 繼 電 器 的 “常 開 、 常 閉 ”觸 點(diǎn) ， 可 以 這 樣 來 區(qū) 分 ： 繼 電 器 線 圈 未 通 電 時(shí) 處 于 斷 開 狀 態(tài) 的 靜 觸 點(diǎn) ， 稱 為 “常 開 觸 點(diǎn) ”如 圖 4.4 所 示 ； 處 于 接 通 狀 態(tài) 的 靜 觸 點(diǎn) 稱 為 “常 閉 觸 點(diǎn) ”如 圖 4.5 所 示 。 繼 電 器 一 般 有 兩 股 電 路 ， 為 低 壓 控 制 電 路 和 高 壓 工 作 電 路 。 低 壓 電 路 為 繼 電 器 的 線 圈 電 路 ， 高 壓 電 路 為 觸 點(diǎn) 電 路 。 這 樣 就 能 使 較 小 的 電 壓 與 電 流 來 控 制 較 大 的 電 壓 與 電 流 了 。 圖 4.4 常開式繼電器示意圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圖 4.5 常閉式繼電器示意圖 4.5.1 選 擇 合 適 的 繼 電 器 先 了 解 必 要 的 條 件 ： （ 1） 控 制 電 路 的 電 源 電 壓 ， 能 提 供 的 最 大 電 流 ； （ 2） 被 控 制 電 路 中 的 電 壓 和 電 流 ； （ 3） 被 控 電 路 需 要 幾 組 、 什 么 形 式 的 觸 點(diǎn) 。 選 用 繼 電 器 時(shí) ， 一 般 控 制 電 路 的 電 源 電 壓 可 作 為 選 用 的 依 據(jù) 。 控 制 電 路 應(yīng) 能 給 繼 電 器 提 供 足 夠 的 工 作 電 流 ， 否 則 繼 電 器 吸 合 是 不 穩(wěn) 定 的 。 查 閱 有 關(guān) 資 料 確 定 使 用 條 件 后 ， 可 查 找 相 關(guān) 資 料 ， 找 出 需 要 的 繼 電 器 的 型 號(hào) 和 規(guī) 格 號(hào) 。 若 手 頭 已 有 繼 電 器 ， 可 依 據(jù) 資 料 核 對(duì) 是 否 可 以 利 用 。 最 后 考 慮 尺 寸 是 否 合 適 。 注 意 器 具 的 容 積 。 若 是 用 于 一 般 用 電 器 ， 除 考 慮 機(jī) 箱 容 積 外 ， 小 型 繼 電 器 主 要 考 慮 電 路 板 安 裝 布 局 。 威馳汽車的車窗控制電動(dòng)機(jī)為 12v 直流電動(dòng)機(jī)，蓄電池電壓為 12V ，工作 時(shí)通過繼電器的電流不大于 7A，根據(jù)此我們選用了型號(hào)為 HJR3FF_ SHF(TBF-1)/12VDC 的繼電器 4.5.2 繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) 1.額定工作電壓 是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號(hào)不同，可以 是交流電壓，也可以是直流電壓。 2.直流電阻 是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 3.吸合電流 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動(dòng)作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必 須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對(duì)于線圈所加的工作電壓， 一般不要超過額定工作電壓的 1.5 倍，否則會(huì)產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 4.釋放電流 是指繼電器產(chǎn)生釋放動(dòng)作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一 定程度時(shí)，繼電器就會(huì)恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電 流。 5.觸點(diǎn)切換電壓和電流 是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的 大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。下面就是繼電器 的基本參數(shù)。 繼電器線圈的基本參數(shù) 額定電壓：12v 線圈阻值：400 額定電流：30Ma 最大過載電壓：常溫時(shí)為額定電壓的的 170% 繼電器觸點(diǎn)基本參數(shù)： 觸點(diǎn)形式：1H/1Z 觸點(diǎn)負(fù)載：10A 240VAC 最小負(fù)載：100mA 5VCD 接觸電阻：100m MAX （6V 1A） 機(jī)械壽命：1000000 繼電器的性能參數(shù): 絕緣阻值：100M （500V） 吸合時(shí)間：10ms 釋放時(shí)間：5ms 4.6 穩(wěn)壓電路的選擇及調(diào)試 在整個(gè)電路中我們所有的輸入都是由蓄電池提供的。蓄電池的電壓為 12V 而單片機(jī)的工作電壓為 5v 所以我們需要一個(gè)穩(wěn)壓裝置，來保證輸入單片機(jī)的電 壓為 5v。而 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電 路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電 路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V，7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。那么本次設(shè)計(jì) 中就選取 7805 穩(wěn)壓集成電路來控制電壓。電子產(chǎn)品中，三端 IC 是指穩(wěn)壓用的 集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 在使用過程中應(yīng)注意在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 ， 應(yīng) 在 三 端 集 成 穩(wěn) 壓 電 路 上 安 裝 足 夠 大 的 散 熱 器 （ 當(dāng) 然 小 功 率 的 條 件 下 不 用 ） 。 當(dāng) 穩(wěn) 壓 管 溫 度 過 高 時(shí) ， 穩(wěn) 壓 性 能 將 變 差 ， 甚 至 損 壞 。 7805 具體參數(shù)如下所示： 輸 出 電 壓 25時(shí)： 最小值：4.8V 典型值：5.0V 最大值：5.2V 靜 態(tài) 電 流 25時(shí)： 典型值：5.0mA 最大值：8.0mA 峰值電流 25時(shí)： 最大值：2.2A 理論上正常工作最高電壓可以 30 多 V,大約 33-36V，1.5A 輸出電流，真實(shí) 使用輸入電壓不要超過 25V，因?yàn)檩斎腚妷涸礁甙l(fā)熱程度就越大，如果溫度過 高可能引起元件的實(shí)效或者損害。7805 還自帶 1.5A 負(fù)載過熱保護(hù)。如果制作 中需要一個(gè)能輸出 1.5A 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián) 起來，使其最大輸出電流為 N 個(gè) 1.5A，但應(yīng)用時(shí)需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓 電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號(hào)的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流 上留有一定的余量，以避免個(gè)別集成穩(wěn)壓電路失效時(shí)導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 在設(shè)計(jì)中已經(jīng)選用了 7805 三端固定集成穩(wěn)壓電路來進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換。為了 使 7805 的穩(wěn)壓作用更好更穩(wěn)定，以及給 7805 一個(gè)保護(hù)，我們將給 7805 連接一 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電路如圖 4.6 所示。 調(diào)試方法：將電路如上圖所示進(jìn)行連接，正確連接后用萬用表測量其輸出 端電壓，若為 5v 則該局部電路連接方法正確。 測試電壓的穩(wěn)定性：在輸出端多次連接不同負(fù)載，然后在測量其輸出電壓 值，該測量值應(yīng)該在 4.8v 至 5.2v 之間。則證明該穩(wěn)壓電路有效可用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 4.6 7805 的標(biāo)準(zhǔn)電路 4.7 單片機(jī)控制電路的連接 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振和復(fù)位，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用，全程叫晶體 振蕩器，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率.他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部 電路產(chǎn)生單片機(jī)所需的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片 機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí) 鐘頻率。 4.7.1 晶振的連接 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬分之五十。高級(jí)的 精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩 器。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提 供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。 通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射 頻使用不同的