導(dǎo)語：如何才能寫好一篇家庭電路設(shè)計(jì)方案，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux；傳感器；智能住宅；CGI；web

1.智能住宅的發(fā)展前景

智能家居又稱智能住宅，國外常用Smart Home表示。

智能家居是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，實(shí)施智能家居系統(tǒng)的過程就稱為智能家居集成。

智能家居集成是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成。以下是智能家居能實(shí)現(xiàn)的功能和提供的服務(wù)：

1、始終在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，與互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)相連，為在家辦公提供了方便條件。

2、安全防范：智能安防可以實(shí)時(shí)監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、緊急呼救，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向中心發(fā)出報(bào)警信息，同時(shí)啟動(dòng)相關(guān)電器進(jìn)入應(yīng)急聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防范。

3、家電的智能控制和遠(yuǎn)程控制，如對(duì)燈光照明進(jìn)行場(chǎng)景設(shè)置和遠(yuǎn)程控制、電器的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等。

4、交互式智能控制：可以通過語音識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能家電的聲控功能；通過各種主動(dòng)式傳感器（如溫度、聲音、動(dòng)作等）實(shí)現(xiàn)智能家居的主動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)。

5、環(huán)境自動(dòng)控制。如家庭中央空調(diào)系統(tǒng)。

6、提供全方位家庭娛樂。如家庭影院系統(tǒng)和家庭中央背景音樂系統(tǒng)。

2.系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

主要方案為以NCAP模塊和STM模塊為主要硬件電路。其中包括存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)、以太網(wǎng)接口電路設(shè)計(jì)、CAN接口電路設(shè)計(jì)、A/D轉(zhuǎn)化電路設(shè)計(jì)、壓力傳感器電路設(shè)計(jì)等。網(wǎng)絡(luò)化接口方案可利用硬件芯片實(shí)現(xiàn)TCP/IP協(xié)議棧。

2.1嵌入式Web服務(wù)器的處理器

處理器采用三星公司的ARM9處理器S3C2440。通過外擴(kuò)存儲(chǔ)器SDRAM和NANDFLASH、以太網(wǎng)接口、串口、JTAG調(diào)試端口等構(gòu)建成服務(wù)器硬件平臺(tái)。其中網(wǎng)絡(luò)接口采用DM9000網(wǎng)卡芯片。服務(wù)器通過串口與協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2外部傳感器

具體的嵌入式Web傳感器是基于某個(gè)特定的基本傳感器來實(shí)現(xiàn)的。我們選用了AD590 模擬溫度傳感器，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)嵌入式Web溫度傳感器的軟件系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

3.1嵌入式TCP/IP 協(xié)議棧移植

本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)ARP、IP、ICMP、TCP協(xié)議。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸是采用MAC地址來識(shí)別的，而ARP協(xié)議提供IP地址和數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址之間的轉(zhuǎn)換功能，為了保證系統(tǒng)在以太網(wǎng)的通信，首先要實(shí)現(xiàn)ARP協(xié)議。Web服務(wù)器同Web瀏覽器之間的通信是通過HTTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，在傳輸層采用TCP協(xié)議，能保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其基礎(chǔ)之上的HTTP協(xié)議[1]。HTTP是WWW的核心協(xié)議。HTTP是一個(gè)屬于應(yīng)用層的面向?qū)ο蟮膮f(xié)議。HTTP協(xié)議有兩項(xiàng)功能，即傳輸文件和實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互應(yīng)用。在Linux內(nèi)核中配置TCP/IP協(xié)議棧，進(jìn)入內(nèi)核目錄中執(zhí)行make menuconfig，選擇Netwoking suppt并進(jìn)入，進(jìn)入netwking options子目錄，選中 TCP/IP netwking 選項(xiàng)，然后選擇IP：kernel level autoconfiguration 及BOOTP suppt和RARP suppt即可完成TCP/IP的配置。

3.2 嵌入式Web服務(wù)器移植

系統(tǒng)上電后Web服務(wù)器就自動(dòng)運(yùn)行，

并時(shí)刻監(jiān)聽端口。本設(shè)計(jì)采用嵌入式Web服務(wù)器boa。b移植步驟如下：1） 編譯boa。下載Boa0.94.13 版本源碼，將其解壓并進(jìn)入源碼目錄的src 子目錄執(zhí)行/boa/src/configure 生成Makefile 文件，修改Makefile 文件的CC 和CPP 的編譯器為交叉編譯器。然后執(zhí)行make 命令，得到可執(zhí)行程序boa。2） 配置boa。修改boa.conf 文件，完成boa 的配置，使其能夠支持CGI 程序的執(zhí)行。3） 將boa 和boa.conf 文件下載到嵌入式Linux 中。本設(shè)計(jì)分別把boa 和boa.conf 文件下載到/bin 和/etc/boa/目錄下。

3.3 CGI腳本編譯

CGI全稱是“公共網(wǎng)關(guān)接口”（Common Gateway Interface），CGI建立在客戶機(jī)/服務(wù)器機(jī)制上，為外部擴(kuò)展應(yīng)用程序與Web服務(wù)器交互提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口。其主要功能是在Web環(huán)境下，從客戶端傳送一些信息給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器把接收到的有關(guān)信息放入環(huán)境變量，然后再去啟動(dòng)所指定的CGI腳本以完成特定的工作，CGI腳本從環(huán)境變量中獲取相關(guān)信息來運(yùn)行，最后以HTML格式輸出相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果返回給瀏覽器端[2]。

CGI應(yīng)用程序讀取從嵌入式Web服務(wù)器傳遞來的各種信息，并對(duì)客戶端的請(qǐng)求進(jìn)行解釋和處理，設(shè)計(jì)中主要啟動(dòng)串口數(shù)據(jù)通信進(jìn)程，從串口發(fā)送數(shù)據(jù)到ZigBee協(xié)調(diào)器。最后CGI應(yīng)用程序會(huì)將處理結(jié)果按照CGI規(guī)范返回給嵌入式Web服務(wù)器，Web服務(wù)器會(huì)對(duì)CGI應(yīng)用程序的處理結(jié)果進(jìn)行解析，并在此基礎(chǔ)上生成HTTP響應(yīng)信息返回給客戶端瀏覽器[3]。編寫相應(yīng)的靜態(tài)HTML 文件，然后編寫CGI 腳本文件，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)的采集。本設(shè)計(jì)采用C 語言編寫CGI 腳本，窗體以GET 方法將用戶提交的數(shù)據(jù)傳遞給CGI 程序，最后保存為.c 文件。然后用交叉編譯命令arm-linux-gcc 生成能夠在ARM 中運(yùn)行的CGI程序。靜態(tài)網(wǎng)頁HTML 文件存放于/www/目錄下，CGI 程序放在/www/cgi-bin/目錄下。整個(gè)軟件系統(tǒng)移植完畢后，在瀏覽器中輸入ARM 板中的IP 地址就可以訪問了。

4.方案分析

在本課題前期的研究過程中，全體成員均增強(qiáng)了對(duì)“智能住宅”的理解，對(duì)“智能住宅”的內(nèi)涵、中長(zhǎng)期的發(fā)展前景以及在當(dāng)前時(shí)代背景下所面臨的困難和挑戰(zhàn)都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。團(tuán)隊(duì)成員熟練掌握了在Linux環(huán)境下上層應(yīng)用軟件的開發(fā)，外設(shè)接口驅(qū)動(dòng)開發(fā)、跨平臺(tái)移植、Bootloader代碼分析與移植、以太網(wǎng)燒寫工具代碼分析與移植。

我組全體成員對(duì)于利用嵌入式ARM9進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與網(wǎng)絡(luò)傳輸操作，在智能傳感器的基礎(chǔ)上把TCP/IP協(xié)議作為一種嵌入式應(yīng)用，嵌入現(xiàn)成智能服務(wù)器的ROM中，利用傳感器內(nèi)建的Web服務(wù)器，用戶可以通過瀏覽器采集遠(yuǎn)程監(jiān)控對(duì)象的信息，在網(wǎng)絡(luò)中查到設(shè)備采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)傳感器的網(wǎng)絡(luò)化的整個(gè)流程有了更深的了解。

該技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，在未來的智能住宅中必將有廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉武超.嵌入式家居監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

篇2

關(guān)鍵詞：滅火機(jī)器人；stm32F103VCT6Mini；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.08.210

1 實(shí)現(xiàn)功能與設(shè)計(jì)方案

我們想制作一個(gè)可以全自動(dòng)運(yùn)作的機(jī)器人，它可以在任何地方識(shí)別地形，自主完成滅火工作。要想完成這個(gè)工作需要考慮很多方面。比如地面摩擦、機(jī)器人電機(jī)的轉(zhuǎn)速差、各個(gè)齒輪間的摩擦等多個(gè)因素，我們用一個(gè)小屋來模擬現(xiàn)實(shí)家庭中機(jī)器人處理火警的過程，蠟燭代表家里燃起的火源，機(jī)器人必須找到并熄滅它。

針對(duì)以上的實(shí)現(xiàn)功能，我們打算設(shè)計(jì)一個(gè)一輛兩個(gè)大輪轉(zhuǎn)動(dòng)，兩的萬向輪配合使用的車子，滅火工具在經(jīng)過討論之后，我們打算使用風(fēng)扇這樣一個(gè)相對(duì)難度較低的滅火器件。

2 機(jī)器人設(shè)計(jì)制作原理

滅火機(jī)器人主要以stm32為控制核心，他通過紅外火焰?zhèn)鞲衅鞔_定火災(zāi)位置，通過紅外傳感與地面灰度傳感器進(jìn)行地形識(shí)別，我們采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)來使其運(yùn)動(dòng)。通過無線藍(lán)牙模塊啟動(dòng)小車后，機(jī)器人沿著場(chǎng)地里的右面墻壁行走，當(dāng)搜尋到有蠟燭的房間時(shí)，紅外傳感器電壓會(huì)變低，低于設(shè)定好的電頻值，單片機(jī)接受信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，完成滅火。

3 模擬房子介紹

我們用的模擬場(chǎng)地的墻壁33cm高，材質(zhì)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(zhì)板。為了更加形象，我們?cè)诘匕濉㈤T口鋪設(shè)地毯，模擬家庭。場(chǎng)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(biāo)識(shí)表示房間入口。

4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

我們?cè)O(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一個(gè)在規(guī)定區(qū)域能自主搜索火源并實(shí)施滅火的智能機(jī)器人小車，本次設(shè)計(jì)使用的主控芯片使用了stm32單片機(jī)，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(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)跟改善機(jī)械結(jié)構(gòu)上。

機(jī)器人機(jī)械部分安裝及改造：我們采用3D打印技術(shù)一次性打印出車體的框架。在電路板方面，我們用AD將穩(wěn)壓模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，stm32芯片全都集成到了一個(gè)板子上，節(jié)省了車體空間。因?yàn)槭怯?D打印的車體，所以車體堅(jiān)固，重量小，便于其轉(zhuǎn)彎，提速。

傳感器的設(shè)計(jì)安裝、系統(tǒng)電路板的固定及連接：我們把五個(gè)紅外管放在底盤上面，三個(gè)大致岔開60度，車體后面安裝了兩個(gè)大致岔開120度的紅外對(duì)管。這樣能夠使探測(cè)的范圍更大，有利于對(duì)墻壁的探測(cè)。系統(tǒng)電路板用銅柱架空，為了達(dá)到滅火的高度，將風(fēng)扇和火焰?zhèn)鞲衅饕布痈摺?/p>

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)方案是以上述硬件電路為基礎(chǔ)的，我們采用C語言編寫，在將程序分為多個(gè)部分，一號(hào)房間，二號(hào)房間，三號(hào)房間，四號(hào)房間，一號(hào)返回，二號(hào)返回，三號(hào)返回，四號(hào)回家。用結(jié)構(gòu)化程序完成小車的既定任務(wù)，方便，簡(jiǎn)潔，有效。包括電機(jī)控制模塊、傳感器模塊的程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

6 滅火機(jī)器人行進(jìn)路線分析

當(dāng)小車于起點(diǎn)，小車一是可以不通過臺(tái)階，繞著1號(hào)房間向外搜索。二是直接過臺(tái)階，然后開始搜索。結(jié)合我們小車的特點(diǎn)和前面分析，我們選擇不過臺(tái)階。

起跑后，小車處于1號(hào)和4號(hào)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(guī)則，首先搜索的是1號(hào)房間，如圖中的綠色箭頭。當(dāng)在1號(hào)房間發(fā)現(xiàn)火源時(shí)，小車進(jìn)入房間并滅火，滅火后按最左側(cè)路線返回；如沒有發(fā)現(xiàn)火源，小車?yán)^續(xù)按左手規(guī)則搜索房間，在第2個(gè)房間里有火源時(shí)，無論在那個(gè)角，火焰?zhèn)鞲衅鞫寄軝z測(cè)得到，如果沒有檢測(cè)到，則直接搜索第3個(gè)房間，同理，然后搜索第4號(hào)房間，不管有沒有搜索到火源，從4號(hào)房間出來都繞著4號(hào)房間返回起點(diǎn)，因?yàn)榛丶疫^程中的時(shí)間不記入總時(shí)間，而繞行比較安全，小車比較好控制。

在選擇回家的路徑時(shí)，因?yàn)榛丶視r(shí)間不算，所以針對(duì)這問題，我們的想法是減慢回家的速度，爭(zhēng)取成功率和穩(wěn)定性。而且路線的選擇我們選的是從第一個(gè)房間里出來的是繞遠(yuǎn)路的行駛路線，從第二個(gè)房間里出來是直線回家，但是不會(huì)再搜索其余的房間，因此我們?cè)诨丶业某绦蛏线M(jìn)行了很多討論，最終確立了一個(gè)最佳方案。

7 實(shí)驗(yàn)心得與結(jié)論

本次的全自動(dòng)循跡滅火機(jī)器人的設(shè)計(jì)對(duì)我來說是個(gè)非常好的經(jīng)歷，它使我學(xué)會(huì)了keil這個(gè)編譯環(huán)境。并且我對(duì)C語言的理解加深，對(duì)stm32芯片的各個(gè)模塊的運(yùn)用更加?jì)故臁Ｊ刮以趯W(xué)習(xí)創(chuàng)造方面有了質(zhì)的飛躍。再設(shè)計(jì)制作中我也認(rèn)識(shí)了很多大神朋友，他們教會(huì)了我很多東西，我在未來的制作中可以避免很多錯(cuò)誤，豐富了知識(shí)儲(chǔ)備。我體會(huì)到硬件設(shè)計(jì)如果比較好的話，軟件編程是比較容易的，所以這才啟發(fā)我如果想搞好硬件，軟件必須要懂，要想編出一個(gè)比較漂亮的程序，硬件設(shè)計(jì)也要必須懂，只有軟硬兼顧，這才能開發(fā)出一個(gè)比較好的系統(tǒng)。

此外，由于地面的摩擦、機(jī)器人慣性、機(jī)器人電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)差、齒輪箱與輪子的摩擦等因素，控制機(jī)器人直行和轉(zhuǎn)90度有一定的難度，要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試、降低機(jī)器人的速度、通過傳感器矯正等才能達(dá)到比較精確的控制。所以在做的過程中，選擇一個(gè)好的、穩(wěn)定的車模是必須的。

參考文獻(xiàn)：

[1]國際賽制機(jī)器人滅火比賽規(guī)則[S].PDF.

[2]公茂法.黃鶴松.楊學(xué)蔚.單片機(jī)原理與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2009（03）.

[3]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010（06）.

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

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【關(guān)鍵詞】智能控制；二氧化碳傳感器；LCD1602液晶顯示；DS1302時(shí)鐘模塊

1前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在智能化技術(shù)的潮流的帶領(lǐng)下，家庭生活朝著智能化和現(xiàn)代化前進(jìn)，智能窗簾也漸進(jìn)成為智能家居的一個(gè)重要部分。目前已經(jīng)批量生產(chǎn)的窗簾裝置主要費(fèi)時(shí)費(fèi)力、不夠智能化和人性化。本文的防丟裝置的受益于大眾，實(shí)現(xiàn)人員的手動(dòng)及自動(dòng)控制，便于室內(nèi)換氣和采光。窗簾在每個(gè)家庭中起到至關(guān)重要的作用，窗簾不僅能遮風(fēng)擋雨還能保護(hù)用戶的隱私。傳統(tǒng)的窗簾大部分是手動(dòng)窗簾，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且還可能錯(cuò)過的換氣和采光時(shí)間。這種窗簾在實(shí)際生活中非常不方便，沒有辦法發(fā)揮到很好的作用。智能窗簾的出現(xiàn)很好的改變了這種現(xiàn)象了，現(xiàn)有的智能窗簾大多是利用紅外遙控，實(shí)現(xiàn)窗簾智能開關(guān)，雖然這種控制系統(tǒng)的相對(duì)傳統(tǒng)比較辦法省力、方便。但還是不夠智能化、人性化。因此，本設(shè)計(jì)根據(jù)光照的變化和二氧化碳濃度的變化，可以實(shí)現(xiàn)特定功能。

2總體方案工作原理及設(shè)計(jì)方案

采用二氧化碳傳感器進(jìn)行二氧化碳濃度的采集；采用光敏電阻進(jìn)行光照強(qiáng)度的采集；以LCD1602液晶顯示屏作為顯示模塊的主要部分，通過按鍵根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)二氧化碳濃度臨界值的設(shè)定。處理好兩個(gè)元器件的邏輯關(guān)系，配上蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警和時(shí)鐘電路顯示當(dāng)前的時(shí)間，各個(gè)模塊相互結(jié)合實(shí)現(xiàn)窗簾的智能控制。具體流程圖如圖l所示：

3硬件電路設(shè)計(jì)

定位系統(tǒng)由控制單元單片機(jī)（STC89C51）、顯示/按鍵模塊字程序，二氧化碳模塊子程序、LCD1602液晶顯示、紅外遙控子程序、DS1302時(shí)鐘模塊組成。如圖2所示二氧化碳傳感器MH-Z14A和光敏電阻采集外界的二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度，從二氧化碳傳感器MH-Z14A和光敏電阻檢測(cè)的信號(hào)利用信號(hào)校正電路進(jìn)行放大，經(jīng)過LM393比較器發(fā)送給單片機(jī)。但是很重要的一點(diǎn)是要處理好二氧化碳傳感器和光敏電阻兩者信號(hào)而邏輯關(guān)系。指示燈是用來表示智能窗簾控制器系統(tǒng)當(dāng)前處于哪種模式和窗簾當(dāng)前處于開啟還是關(guān)閉。LCD1602液晶顯示屏顯示當(dāng)前二氧化碳濃度和濃度臨界值，用不同按鍵來切換制動(dòng)窗簾系統(tǒng)的狀態(tài)和控制單片機(jī)進(jìn)行各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

4LCD1602液晶顯示

LCD1602液晶顯示屏用來顯示當(dāng)前二氧化碳濃度和用戶設(shè)定的二氧化碳臨界值。本設(shè)計(jì)采用16列*2行的字符型LCD1602有32個(gè)5x7點(diǎn)陣組成的行字符型顯示屏帶背光的液晶顯示屏。

5DS1302時(shí)鐘模塊

DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整。工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。

6終端軟件設(shè)計(jì)方案

流程如圖3所示。軟件運(yùn)行過程前，對(duì)電路各部分初始化，在初始化之后，首先開始運(yùn)行的顯示子程序，接著運(yùn)行按鍵控制程序，自動(dòng)模式處理程序。然后判斷紅外信息是否接收完成，接收完成后開始對(duì)紅外遙控解碼處理，處理完成后，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行主函數(shù)的程序。軟件使用模塊化編程，分為主程序（main.c）、鍵盤程序（keyboard.c）、步進(jìn)電機(jī)程序（strppermotor.c）、自動(dòng)模式程序（automaticmode.c）、二氧化碳傳感器模塊（carbondioxidesensor.c）、紅外遙控模塊(inferaredremotecontrol.c)。在主程序運(yùn)行的時(shí)候，通過調(diào)用頭文件中所申明的變量以及函數(shù)名，調(diào)用所定義的變量和函數(shù)段。程序設(shè)置了串行口：將串口波特率設(shè)置為9600，數(shù)據(jù)位設(shè)置為8位，停止位設(shè)置為1位，奇偶校驗(yàn)位設(shè)置為無。

7結(jié)束語

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關(guān)鍵詞：智能家居 無線 nRF24L01 控制系統(tǒng)

一、概述

隨著科技的發(fā)展，智能家居的日漸興起給人們的家居生活帶來了全新的感受，家居智能已成為一種趨勢(shì)。智能家居中各種與信息相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭保安裝置，通過家庭總線技術(shù)連接到一個(gè)家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中的或異地的監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)性管理，并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境的和諧與協(xié)調(diào)。這些功能都是通過智能家居系統(tǒng)中的家庭網(wǎng)絡(luò)控制器未實(shí)現(xiàn)的，家庭網(wǎng)絡(luò)控制器具有家庭總線系統(tǒng)、通過家庭總線系統(tǒng)提供各種服務(wù)功能、并和住宅以外的外部世界相通連。可以這樣說，智能家居系統(tǒng)是智能住宅的核心。由此可見，智能家居系統(tǒng)在智能住宅中的重要地位。

智能家居系統(tǒng)控制方式的解決方案分為有線方式和無線方式。由于多數(shù)智能家居系統(tǒng)的布線工程比較費(fèi)事，所以在一些新的智能家居商家所研發(fā)的系統(tǒng)，就立足解決這個(gè)難題。目前這一問題雖然沒有得到完全、徹底地解決，有難以滿足視頻和音頻信號(hào)的傳輸，保密性差，接入設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)。但隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，將會(huì)得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。所以就算價(jià)格就相對(duì)高一些，有的進(jìn)口系統(tǒng)價(jià)位甚至高達(dá)10萬元以上，還有部分系統(tǒng)采用的藍(lán)牙技術(shù)，其產(chǎn)品也更為昂貴。即便如此，無線方式解決了布線的難題，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，已能基本滿足視頻和音頻信號(hào)的傳輸。本文以2.4G射頻技術(shù)為基礎(chǔ)介紹一種性價(jià)比較高的智能家居控制系統(tǒng)。

二、智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

智能家居系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)主要包括了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件三個(gè)主要的部分。智能家居系統(tǒng)由主機(jī)、從機(jī)、接口設(shè)備及各家電設(shè)備組成，主從機(jī)都有一個(gè)無線收發(fā)芯片，通過主從機(jī)間無線數(shù)據(jù)的收發(fā)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型的無線智能網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議我們參考OSI模型，結(jié)合nRF24L01芯片的特性，以采用模塊化、通用性設(shè)備為原則設(shè)計(jì)硬件電路，采用集中控制技術(shù)的控制方式，通過一個(gè)以單片機(jī)為核心的系統(tǒng)主機(jī)來構(gòu)建，中心處理單元（CPU）負(fù)責(zé)系統(tǒng)的信號(hào)處理。同時(shí)把系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行硬件功能劃分，統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一接口，各硬件模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程，增加了模塊的通用性和實(shí)用性，為系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)提供有力的保障。

硬件收發(fā)模塊采用一種新型單片射頻收發(fā)器件nRF24L01，定義了物理無線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。nRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的2.4GHz單片射頻收發(fā)芯片,內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，采用FSK調(diào)制,內(nèi)嵌NORDIC公司的增強(qiáng)型Enhanced Shock Burst技術(shù)，內(nèi)置鏈路層，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6無線通信。其中輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置，有125個(gè)可選工作頻道，頻道切換時(shí)間短，可用于跳頻，通過跳頻可以減少干擾。首先MCU通過串口對(duì)nRF24L01進(jìn)行信道參數(shù)配置，nRF24L01執(zhí)行配置任務(wù)，主機(jī)執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)包指令，通過空中接口完成數(shù)據(jù)信息包的發(fā)送與接收；從機(jī)接收數(shù)據(jù)信息，由從MCU執(zhí)行任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)控制家電的目的。圖l為系統(tǒng)總體框圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

2.主要硬件電路設(shè)計(jì)

(1)控制中心電路

控制中心節(jié)點(diǎn)在2.4G網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的角色，主要負(fù)責(zé)2.4G網(wǎng)絡(luò)的建立，節(jié)點(diǎn)的管理等任務(wù)。在本系統(tǒng)中，控制中心節(jié)點(diǎn)需要對(duì)接受的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過鍵盤輸入和液晶顯示，以及通過RS-232串口與PC機(jī)連接通信。

3.串口通信單元設(shè)計(jì)

STC12C5A60S2增強(qiáng)型51芯片有一組串行口接口。本設(shè)計(jì)采用RS-232的9針D型連接器，在最簡(jiǎn)單的串行通信中，只需3根通信線連接：TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送，RXD串行數(shù)據(jù)接收以及GND信號(hào)地線。

4.無線收發(fā)模塊

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求各個(gè)因素，在基于2.4G無線傳輸控制網(wǎng)絡(luò)智能家居設(shè)計(jì)中，采用了工作在2.4GHz頻段的射頻片nRF2401。單片射頻收發(fā)芯片nRF2401工作于2.4～2.5GHz ISM頻段，芯片內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進(jìn)行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有10.5mA，接收時(shí)工作電流只有18mA，多種低功率工作模式，節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。其DuoCeiverTM技術(shù)使nRF2401可以使用同一天線，同時(shí)接收兩個(gè)不同頻道的數(shù)據(jù)。

5.傳感器電路設(shè)計(jì)

控制中心節(jié)點(diǎn)通過nRF24L01無線模塊，接收各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)所發(fā)送過來的信息，并通過串口模塊，把信息發(fā)送到上位機(jī)，在上位機(jī)的軟件界面上直觀地把各種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給使用者。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件主要由電源模塊、時(shí)鐘模塊、無線模塊、傳感器模塊組成。

三、結(jié)語

本文的智能家居系統(tǒng)利用無線網(wǎng)路芯片nRF24L01傳輸數(shù)據(jù)，硬件電路簡(jiǎn)單以增強(qiáng)型STC芯片作為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)控制器，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。本系統(tǒng)使用方便,成本較低，超低功耗，集開放性、交互性、協(xié)作性、通用性、便攜性等特點(diǎn)，使用穩(wěn)定可靠，效率高，有良好的擴(kuò)展性。

參考文獻(xiàn)：

[1]詹寶容，庾錫昌.無線智能家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].無線通信技術(shù)，2010(4):41-44

[2]王剛，夏平，陳仲滔.智能家居無線遠(yuǎn)程控制技術(shù)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2008，21(3):67-69

篇5

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；GPRS技術(shù)；智能家居；微處理器；家電控制

本設(shè)計(jì)是一個(gè)把網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起的網(wǎng)絡(luò)智能化家居系統(tǒng)。通過智能家居系統(tǒng)人們可以更方便快捷的使用和控制家用設(shè)備，從而給人們帶來高效、安全、舒適的生活體驗(yàn)。

1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

家居智能控制系統(tǒng)總體框圖如圖1.1所示，本系統(tǒng)主要由MSP430F169微處理器、電話裝置、液晶觸摸屏電路、電源電路、GPRS收發(fā)模塊、ZigBee無線通訊模塊等構(gòu)成。用戶通過撥打電話裝置，將控制家電設(shè)備的要求送給MSP430F169微處理器處理，再由處理器給紅外控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制某家電設(shè)備的命令，最終達(dá)到控制設(shè)備的目的，并通過GPRS向室外的用戶匯報(bào)設(shè)備運(yùn)行情況。

圖1.1 總體結(jié)構(gòu)框圖

2.硬件設(shè)計(jì)

2.1 MSP430F169微處理器

本設(shè)計(jì)選用美國TI公司的MSP430系列的微處理器，它是一種16位超低功耗、自帶DAC模塊的信號(hào)處理器。它有強(qiáng)大的處理能力，豐富的片上外圍模塊，方便高效的開發(fā)環(huán)境和多種時(shí)鐘模塊。

2.2 GPRS無線通信模塊

本模塊采用的SIM300芯片是一款三頻段GSM/GPRS模塊，其接口電路如圖2.1所示。MSP430與SIM300的硬件連接通過RX、TX和GND三線連接。處理器用USRTO串行通信口通過此三線運(yùn)用異步通信模式向GPRS模塊寫入命令，向遠(yuǎn)程的用戶匯報(bào)家電運(yùn)行情況。

         

圖2.1 MSP430與SIM300的硬件連接圖    圖2.2 MSP430與CC2420的硬件連接圖

2.3 ZigBee無線通訊模塊設(shè)計(jì)

無線收發(fā)芯片選用了TI公司的CC2420，這款芯片兼容IEEE.802.15.4無線收發(fā)芯片，CC2420與MSP430的連接如圖2.2所示，只需要使用SFD、FIFO、FIFOP和CCA四個(gè)引腳表示收發(fā)數(shù)據(jù)狀態(tài)，SFD引腳表明是否在接收或發(fā)送數(shù)據(jù)幀；FIFO在接收數(shù)據(jù)中指示接收緩沖器中是否有數(shù)據(jù)；FIFOP用于指示接收數(shù)據(jù)的上限到達(dá)或者完整地接收幀；CCA用于查看信道是否為空。處理器通過SPI接口(CSn、SI、SO、SCLK)與CC2420交換數(shù)據(jù)、發(fā)送命令，并通過該接口訪問CC2420內(nèi)部寄存器和儲(chǔ)存器。在訪問過程中，接收來自處理器的時(shí)鐘信號(hào)和片選信號(hào)，并在處理器的控制下執(zhí)行輸入/輸出操作。

2.4 電話遠(yuǎn)程控制模塊

該模塊設(shè)計(jì)如圖2.3所示，當(dāng)遠(yuǎn)程的用戶向家中撥打電話時(shí)，電話接口電路將電話線上的信號(hào)分成幾路，分別輸?shù)讲煌奶幚砟K中。摘機(jī)電路處理電話線上的撥號(hào)音，振鈴檢測(cè)電路處理振鈴信號(hào)，DTMF收發(fā)電路接收和發(fā)送DTMF信號(hào)。語音電路利用語音芯片來進(jìn)行語音提示和應(yīng)答，如“請(qǐng)輸入密碼”、“設(shè)備***開啟”、“操作成功”等。預(yù)先將要用到的語段燒入芯片中，運(yùn)行時(shí)取出所需的語段連成句子，再加入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)輸出。檢測(cè)到用戶按鍵后立即停止該語句的播放，轉(zhuǎn)入下一步操作中。

圖2.3 電話裝置模塊硬件設(shè)計(jì)圖

2.5 家電控制模塊

如圖2.4所示，MSP430F169向CC2420發(fā)出遙控指令，位于紅外控制節(jié)點(diǎn)的CC2430接收到相應(yīng)的指令，驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)型控制模塊發(fā)出紅外線，控制空調(diào)、電視機(jī)等傳統(tǒng)型家電。

圖2.4 家電控制模塊系統(tǒng)框圖

2.5.1 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì)

如圖2.5所示，紅外控制節(jié)點(diǎn)將CC2430作為微處理器接收到的指令通過P1.0輸出，考慮到紅外發(fā)射的距離和有效性，電路紅外發(fā)射管加了三極管進(jìn)行放大。

2.5.2 紅外接收電路設(shè)計(jì)

如圖2.6所示，紅外接收端使用的是HS0038B紅外接收頭，HS0038B將接收到的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，通過Vout發(fā)出紅外線，控制空調(diào)、電視機(jī)等傳統(tǒng)型家電設(shè)計(jì)。

   

圖2.5 紅外發(fā)射單元電路圖      圖2.6 紅外接收單元電路圖

2.6 液晶觸摸屏控制模塊

本設(shè)計(jì)采用四線電阻式觸摸屏通用的BB公司生產(chǎn)的ADS7846控制芯片，具有12位轉(zhuǎn)換精度，支持SPI通訊協(xié)議；液晶屏控制器采用的是EPSON的SED1335，帶有32K字節(jié)的SRAM，支持文本顯示和圖形顯示(320×240點(diǎn))兩種方式，最多3層圖形顯示合成。

2.6.1 觸摸屏控制芯片與單片機(jī)的接口電路

如圖2.7所示，ADS7846是四線式觸摸屏的控制器，控制器的主要功能是分時(shí)向X、Y電極對(duì)施加電壓，并把測(cè)量電極上的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)觸點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，并通過筆中斷請(qǐng)求向MSP430F169表示有觸摸發(fā)生。

圖2.7 觸摸屏控制電路接口電路

2.6.2 液晶控制芯片與單片機(jī)的接口電路

如圖2.8所示，SED1335通過DB0-DB7八根數(shù)據(jù)線與MSP430進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，A0信號(hào)不是獨(dú)立的，而是與片選信號(hào)CS組合定義的。當(dāng)液晶屏上顯示出需要操作的畫面，我們通過手指或筆進(jìn)行操作時(shí)，用戶在觸摸屏上有效區(qū)域點(diǎn)擊，觸摸屏的X方向輸出電阻和Y方向輸出電阻分別隨X和Y呈線性變化，ADS7846控制器將其分別轉(zhuǎn)換為12位數(shù)據(jù)，通過中斷告知單片機(jī)需要接收數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理。在接收過程中通常是采用多次平均的方法，假如有一次接收的數(shù)據(jù)和平均值差別很大，則這次測(cè)量就作廢了，需要重新測(cè)量。一旦數(shù)據(jù)有效，單片機(jī)接著解算觸點(diǎn)坐標(biāo)落在液晶屏的位置，根據(jù)解算的結(jié)果判斷執(zhí)行相應(yīng)的功能函數(shù)。使觸摸屏和液晶屏有機(jī)的結(jié)合起來，建立一定的邏輯關(guān)系，交互地進(jìn)行信息存取和輸出。

圖2.8 觸摸屏模塊接口電路圖

3. 主程序設(shè)計(jì) 

如圖3.1所示，MSP430的初始化包括設(shè)置引腳功能、SPI初始化、串口初始化、定時(shí)器初始化等。射頻芯片CC2420的初始化包括芯片復(fù)位、芯片管腳的初始化及內(nèi)部寄存器的初始化。程序在初始化之后，進(jìn)入循環(huán)狀態(tài)，與家庭子系統(tǒng)建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)射，并調(diào)用子程序命令，將有效的命令顯示在液晶屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)智能化家居管理。

圖3.1 軟件總流程圖

4. 總結(jié)

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關(guān)鍵詞：GSM；傳感器；報(bào)警電路

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.133

1 引言

近年來國家科技水平提升，居民的生活逐步走向科技化、自動(dòng)化、數(shù)字化，生活質(zhì)量得到了極大程度的提升，但卻也有許多安全隱患伴隨其中。每年由于煤氣泄漏導(dǎo)致的煤氣中毒、爆炸等給人們的生活帶來了很大的陰影，一但引發(fā)火災(zāi)，就能使成千上萬的財(cái)產(chǎn)瞬間變?yōu)榛覡a，因此，針對(duì)此類事故的研究及相關(guān)事故的防范就變得尤為重要，我們的項(xiàng)目便是針對(duì)煤氣檢測(cè)而制定的。

2 基于C8051F340的報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)以C8051F340單片機(jī)為控制中心，利用比較器的單片機(jī)控制，對(duì)幾個(gè)傳感器反饋到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組處理，單傳感器分批數(shù)據(jù)融合，最后通過中斷及中斷優(yōu)先級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)應(yīng)急報(bào)警。通過氣敏傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)天然氣濃度，將檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋，單片機(jī)控制模塊是煙霧報(bào)警處理系統(tǒng)的核心控制和處理部分，判斷是否需要蜂鳴器報(bào)警。運(yùn)用溫度傳感器，煙霧傳感器等環(huán)境監(jiān)測(cè)類傳感器。對(duì)單片機(jī)加載報(bào)警反饋系統(tǒng)，若出現(xiàn)險(xiǎn)情通過電話報(bào)警的形式通知主人。并利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片和LCD，實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)據(jù)在屏幕上的顯示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路分為電源模塊、C8051F340模塊、GSM模塊、氣敏傳感器模塊、門磁模塊。下面介紹一下氣敏傳感器模塊、門磁模塊、GSM模塊電路。

3.1 ZYMQ--4氣敏傳感器電路

ZYMQ--4氣敏傳感器是AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層（該敏感層摻雜有催化劑，使得其對(duì)CH4，CO等氣體的敏感度提高十倍以上），通過氣敏前后電導(dǎo)率的變化來推知被測(cè)氣體的信息，這種變化來自于薄膜吸附被測(cè)氣體前后的表面勢(shì)壘變化，該傳感器對(duì)甲烷、天然氣有很高的靈敏度，具有快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，擁有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過將采集到的電壓信號(hào)分小段記錄的方式計(jì)算出相對(duì)數(shù)字電壓，將該數(shù)字與存儲(chǔ)區(qū)中設(shè)定的最大電壓值相比較，控制蜂鳴器警報(bào)。

3.2 GSM模塊電路

本系統(tǒng)GSM模塊配置西門子高性能TC35芯片，這款芯片可以通過AT指令進(jìn)行控制，擁有RS232接口，可實(shí)現(xiàn)雙頻（GSM900/GSM1800）短消息數(shù)據(jù)通信、CSD數(shù)據(jù)通信與語音數(shù)據(jù)通信等較為可靠便捷的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)通信，TC35芯片主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊（ ASIC）、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成，可安插SIM卡，通過 ZIF 連接器與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電路接口， 因此GSM模塊具有發(fā)送SMS短信，語音通話，GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)然贕SM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的所有基本功能，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到異常情況時(shí)，將通過串行口控制GSM模塊發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警信息，幾秒鐘后用戶的手機(jī)就能收到報(bào)警信息，提醒用戶采取措施。

4 軟件代碼調(diào)試

C8051F340器件是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU（微控制單元），具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、壓調(diào)整器、看門狗定時(shí)器和始終振蕩器。能夠很好的完成所需電路模塊的設(shè)計(jì)。ZYMQ--4氣敏傳感器對(duì)甲烷、天然氣有很高的靈敏度；具有快速的響應(yīng)回復(fù)特性；具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；使用時(shí)驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，可以通過小范圍試驗(yàn)得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過資料閱讀分析各器件，進(jìn)行模塊間的完善。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)通過相關(guān)的數(shù)據(jù)采集及處理，讓居民實(shí)時(shí)了解家中的動(dòng)向，能有效的減少居民的生命財(cái)產(chǎn)損失。本系統(tǒng)是充滿智慧的控制系統(tǒng)，可提供全方位的信息交互功能，優(yōu)化生活方式，提高家居安全性，是一套非常有實(shí)用價(jià)值的系統(tǒng)。

篇7

智能車有著極為廣泛的應(yīng)用前景。結(jié)合傳感器技術(shù)和自動(dòng)駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)汽車的自適巡航并把車開得開得又快又穩(wěn)、安全可靠；汽車夜間行駛時(shí)，如果裝上紅外攝像頭，就能實(shí)現(xiàn)夜晚汽車的安全輔助駕駛；他也可以工作在倉庫、碼頭、工廠或危險(xiǎn)、有毒、有害的工作環(huán)境里，此外他還能擔(dān)當(dāng)起無人值守的巡邏監(jiān)視、物料的運(yùn)輸、消防滅火等任務(wù)。在普通家庭轎車消費(fèi)中，智能車的研發(fā)也是有價(jià)值的，比如霧天能見度差，人工駕駛經(jīng)常發(fā)生碰撞，如果用上這種設(shè)備，激光雷達(dá)會(huì)自動(dòng)探測(cè)前方的障礙物，電腦會(huì)控制車輛自動(dòng)停下來撞車就不會(huì)發(fā)生了。提高安全性和系統(tǒng)效率。這種新型車輛控制方法的核心，就是實(shí)現(xiàn)車輛的智能化。

1 智能車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)械結(jié)構(gòu)是控制算法和軟件程序的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的了解和改造有利于對(duì)控制算法和軟件程序的實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)車體機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整是非常必要的。

1.1 車體機(jī)械參數(shù)調(diào)整：前輪參數(shù)的調(diào)整包括前輪主銷后傾角，主銷內(nèi)傾角，前輪外傾角，前輪前束。這幾個(gè)參數(shù)對(duì)車體直線行駛的平穩(wěn)性和轉(zhuǎn)彎的靈活性有很重要的影響[1]。

1.2 舵機(jī)的安裝：舵機(jī)轉(zhuǎn)向是整個(gè)控制系統(tǒng)中延遲較大的一個(gè)環(huán)節(jié)，在相同的舵機(jī)轉(zhuǎn)向條件下，轉(zhuǎn)向連桿在舵機(jī)一端的連接點(diǎn)離舵機(jī)軸心距離越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向變化越快。這樣安裝的優(yōu)點(diǎn)是：改變了舵機(jī)的力臂，使轉(zhuǎn)向更靈敏；舵機(jī)安裝在正中央，使左右的轉(zhuǎn)向基本一致；重心相對(duì)來說靠后，減輕舵機(jī)的負(fù)載[2]。

1.3后輪距與后輪差速機(jī)構(gòu)調(diào)整

后輪距的調(diào)整：賽車高速行駛時(shí)突然轉(zhuǎn)彎時(shí)容易翻倒，為了增加整車的平衡能力，可將車模原配的后輪調(diào)節(jié)件把改為大輪距的調(diào)節(jié)件，使后輪距在原來基礎(chǔ)上增加了4mm。

1.4傳感器的安裝：圖中將激光管固定在下排孔內(nèi)上排六個(gè)固定接收管和透鏡，將激光照射距離調(diào)整到50CM，前瞻效果達(dá)到最好[3]。

1.5 車體重心調(diào)整：重心越低越好。選擇攝像頭時(shí)選擇比較輕的，攝像頭支架材料及規(guī)格也要加以考慮，電路板的擺放也盡可能低。

2系統(tǒng)總體硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)：此智能車輛定位系統(tǒng)用激光管和接收芯片檢測(cè)車輛前方的賽道，通過MC9S12XS128采樣光電三極管的模擬信號(hào)，獲得賽道數(shù)據(jù)，結(jié)合一定的算法，提取賽道的黑白線對(duì)舵機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片以合適的控制。

系統(tǒng)先對(duì)接收芯片獲得的數(shù)字信號(hào)，速度傳感器測(cè)得的速度值，加速度傳感器檢測(cè)到的坡度信息，以及撥碼開關(guān)輸入的脈沖值等送入單片機(jī)最小系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，發(fā)出命令驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，并使用全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 MC33883驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，輸出 PWM 波形實(shí)現(xiàn)對(duì)于電機(jī)的控制，使用LM 2940S 等穩(wěn)壓芯片對(duì)各模塊提供電源。

2.2 傳感器選擇及其電路設(shè)計(jì)：激光傳感器好比模型車的眼睛，是整個(gè)系統(tǒng)采集賽道信息的核心。前瞻距離最遠(yuǎn)能夠達(dá)到1.1M。經(jīng)過調(diào)整和優(yōu)化，使得激光傳感器性能能夠完成賽道全部信息采集的任務(wù)。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)：MC33883它可以驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，場(chǎng)效應(yīng)管用IRF3205，場(chǎng)效應(yīng)管為N溝道，MC33883的驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)，最大電流可以達(dá)到110A。本設(shè)計(jì)采用PWM直流脈寬調(diào)速，該方法有效地避免了串電阻調(diào)速其調(diào)速范圍小，平滑性低的缺點(diǎn)， IN_HS1、IN_HS2、IN_LS1、IN_LS2是單片機(jī)傳給MC33883脈沖信號(hào)的接口。

2.4 測(cè)速電路模塊設(shè)計(jì)

VCC_MCU為5V電壓，SIGNAL是編碼器的脈沖輸出端，SIGNAL和VCC_MCU之間接一個(gè)10K上拉電阻，然后將SIGNAL連接到單片機(jī)的PT7口，進(jìn)行脈沖。

2.5穩(wěn)壓芯片選擇及電源模塊設(shè)計(jì)：我們需要對(duì)配發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)車模用蓄電池進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。單片機(jī)系統(tǒng)、激光管、接收管、車速傳感器電路，LED顯示電路等各個(gè)電路的工作電壓不同，我們需要設(shè)計(jì)方案來使得電壓滿足各自的要求。

3智能車電路板的設(shè)計(jì)

智能車的電路板設(shè)計(jì)是利用altium designer軟件設(shè)計(jì)的。在布線時(shí)信號(hào)線和電源線的寬度不同，信號(hào)線的寬度為10mil，穩(wěn)壓后的電源線為20mil或30mil，直接經(jīng)過電源的電源線為60mil。覆銅的時(shí)注意移除死銅，覆銅定義網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)為GND。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 程序開發(fā)和調(diào)試：本車在開發(fā)和調(diào)試中所使用的開發(fā)環(huán)境為Metrowerks 公司的集成開發(fā)環(huán)境 Metroworks CodeWarrior IDE4.6和與之配套使用的調(diào)試軟Hiwave，調(diào)試器為清華大學(xué)工程物理系開發(fā)的BDM，輔助調(diào)試工具有電視機(jī)、刻度尺，串口調(diào)試軟件等。

4.2 調(diào)試器：CodeWarrior IDE中的調(diào)試器不僅可以進(jìn)行在線調(diào)試，還可以進(jìn)行在線的仿真。在調(diào)試器中，我們可以看到定義的全局變量的變化和各個(gè)寄存器的當(dāng)前值，還可以看到單片機(jī)內(nèi)存中內(nèi)容等。此外，還有許多其他的實(shí)用功能，在賽車的調(diào)試過程中使用很是方便有效。

4.3系統(tǒng)程序流程圖：如圖6顯示程序開始進(jìn)行初始化，然后開始采集信息，在把采集到的信息進(jìn)行一些數(shù)據(jù)處理（這里可以用到模糊和PID算法），之后求出速度和轉(zhuǎn)向。為了形成閉環(huán)系統(tǒng)這里利用中斷進(jìn)行時(shí)時(shí)測(cè)速，保證小車速度不至于過快或過慢，形成閉環(huán)系統(tǒng)，使小車更快，更穩(wěn)定的完成比賽。

4.4 轉(zhuǎn)向舵機(jī)的控制程序的設(shè)計(jì)：一個(gè)周期采集完畢以后，要對(duì)傳感器的原始狀態(tài)進(jìn)行處理，我們規(guī)定當(dāng)激光傳感器照射到黑線記做1，白線記做0，12個(gè)傳感器分別賦予對(duì)應(yīng)的權(quán)值，當(dāng)有2個(gè)或者1個(gè)激光傳感器照射到黑線的時(shí)候，對(duì)它們的權(quán)值取平均值，最后單片機(jī)通過最終的偏移值計(jì)算出控制轉(zhuǎn)向舵機(jī)和速度分配值。

number是計(jì)算一共有幾個(gè)傳感器在黑線上，lost_number是計(jì)算所有在黑線上傳感器的偏移值，lost_location是計(jì)算激光傳感器的平均偏移值。

4.5 速度采集程序的設(shè)計(jì)：速度采集模塊需要定時(shí)采集速度，根據(jù)相同時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)多少來判定速度的快慢，因而我們單獨(dú)開了一個(gè)PIT中斷，中斷定時(shí)周期為3MS，那么每當(dāng)經(jīng)過3MS，就讀取脈沖累加器計(jì)數(shù)器PACNT的值，然后將此值和設(shè)定速度的值進(jìn)行比較，完成對(duì)速度的閉環(huán)控制。 控制函數(shù)number_count變量是反饋的速度，用來傳遞給PID函數(shù)；TIME_INTER是速度給定；這里要注意的就是，當(dāng)進(jìn)行完畢速度讀取，PACNT寄存器一定要清零，防止脈沖的錯(cuò)亂。

5 結(jié)論

我們?cè)谲嚹Ｓ布败浖隙加性S多改進(jìn)與創(chuàng)新，采用上排激光管作為循跡傳感器。大大提高了前瞻距離和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。激光前瞻達(dá)到0.25米，大前瞻是保證高速度的前提條件。采用自己制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)板。自己制作的單片機(jī)最小系統(tǒng)板，尺寸小，重量輕。即減輕了車模總重量，有方便了其它硬件布局。使得整個(gè)硬件系統(tǒng)布局更簡(jiǎn)潔，性能更穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造.機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 第四屆全國大學(xué)生“飛思卡爾”智能汽車競(jìng)賽杭州電子科技大學(xué)錢江一號(hào)隊(duì)技術(shù)報(bào)告，2009.

篇8

關(guān)鍵詞：鎳鎘智能充電器 PWM控制 ATmega32 BUCK電路

中圖分類號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）03-0170-03

1 引言

隨著科技的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品走進(jìn)我們的日常生活，專供家庭使用的小容量蓄電池也越來越受到人們的認(rèn)可。然而，由于電池在充電時(shí)經(jīng)常發(fā)生過充、充電不足等問題，嚴(yán)重影響了蓄電池的壽命，這不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境。針對(duì)此問題，我們基于AVR設(shè)計(jì)了智能充電器系統(tǒng)，此系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流及溫度，不僅保護(hù)電池，并且延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)控制芯片選用高性能、低功耗的8位AVR微處理器，具體型號(hào)為Atmega32。本芯片自帶8路10位ADC，電流、電壓檢測(cè)電路可以通過ADC直接反饋給AVR單片機(jī)，無需附加其他AD芯片，方便應(yīng)用同時(shí)轉(zhuǎn)換精度較高。由AVR單片機(jī)產(chǎn)生PWM控制BUCK電路，進(jìn)而調(diào)整充電電池在不同時(shí)期的電流大小，使整個(gè)系統(tǒng)更加安全、穩(wěn)定、高效。針對(duì)鎳鎘電池常用的控制技術(shù)有：電壓負(fù)增量控制、時(shí)間控制、溫度控制、最高電壓控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等。本系統(tǒng)采用溫度控制與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法，更加高效的給電池進(jìn)行充電。系統(tǒng)解構(gòu)框圖如下。為了防止鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，我們?cè)谥悄艹潆姷牡谝浑A段進(jìn)行放電，放電截止電壓選做0.9V；第二階段，我們采用電流預(yù)充電，充電十分鐘；第三階段，我們采用電流快速充電，充電約2.5小時(shí)，終止判斷為檢測(cè)到電壓負(fù)增長(zhǎng)或溫度正增長(zhǎng)較快速度達(dá)到；第四階段，我們采用0.1C涓流充電，充電時(shí)間十分鐘。在充電過程中，我們同時(shí)采用過壓保護(hù)和過熱保護(hù)，當(dāng)充電電池端電壓高于1.45V，或者電池溫度高于60℃時(shí)，充電自動(dòng)終止。

3 硬件電路

3.1 電源

電源部分，我們采用開關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，與線性穩(wěn)壓芯片相比，開關(guān)穩(wěn)壓芯片具有轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱低等優(yōu)點(diǎn)。LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三段穩(wěn)壓器件的替代品，它具有可靠地工作性能、較高的工作效率和較強(qiáng)的輸出電流驅(qū)動(dòng)能力，從而為系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地工作提供了強(qiáng)有力的保證。同時(shí)我們利用2A熔斷絲對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，防止線路短路產(chǎn)生大電流，燒壞器件。

3.2 AVR主控電路與JTAG下載（如圖3）

ATmega32是具有32kb系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的8位AVR微控制器，它具有高性能、低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)具有8路十位ADC，方便我們進(jìn)行電壓，電流，溫度測(cè)量值的讀取，無需單獨(dú)外擴(kuò)AD轉(zhuǎn)換電路，節(jié)省資源。

我們采用JTAG在線編程方式，簡(jiǎn)化操作流程，加快工程進(jìn)展。

3.3 充放電電路

降壓斬波電路使用一個(gè)全控型器件Q3，為在Q3關(guān)斷時(shí)給負(fù)載中的電感電流提供通道，設(shè)置了續(xù)流二極管D3，AVR通過輸出PWM波，控制Q3的導(dǎo)通時(shí)間為Ton與關(guān)斷時(shí)間Toff，進(jìn)而控制輸出電壓U，且有如下關(guān)系

（公式2.1）

上式中E為電源提供電壓VDD。由此可知，輸出到電池的電壓平均值U最大為VDD，若減小PWM導(dǎo)通時(shí)間可以減小輸出電壓。電池電流平均值為

（公式2.2）

其中E0為電池端電壓，R為電池內(nèi)阻。

放電電路由ATmega32的DisCharge1控.制，在放電階段，充電電路關(guān)閉；同樣，在充電階段，放電電路關(guān)閉。

3.4 檢測(cè)電路

檢測(cè)電路分兩部分，一部分為由TL062運(yùn)算放大器組成的放大檢測(cè)電路，另一部分是由DS18B20組成的溫度檢測(cè)電路。我們用TL062組成同相放大器，基本模型如下（如圖5）。

根據(jù)理想運(yùn)放的輸入電壓為零的特性并應(yīng)用KVL得

（公式2.3）

（公式2.4）

再根據(jù)理想運(yùn)放輸入電流為零特性得到

（公式2.5）

由公式2.3，2.4與2.5得同相放大器的輸出電壓與輸入電壓關(guān)系為

（公式2.6）

由公式2.6我們可以得知電壓檢測(cè)放大倍數(shù)為兩倍，但是由于R3與R1的分壓效果，檢測(cè)電壓 值為實(shí)際充電電池端電壓。電流檢測(cè)電路放大倍數(shù)為10倍。

溫度檢測(cè)我們采用單線接口方式工作的DS18B20進(jìn)行采集，它具有測(cè)溫范圍廣，硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便等優(yōu)點(diǎn)。

3.5 顯示電路

顯示模塊，我們采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示充電電流，用LED燈顯示工作狀態(tài)，其中綠燈為正常充電狀態(tài)，紅燈為充電已完成。

4 控制思想

在智能充電的過程中，我們通過調(diào)整PWM占空比可以保持充電電流穩(wěn)定，因此對(duì)于充電時(shí)間我們可以進(jìn)行如下預(yù)估，方便控制系統(tǒng)的建立。

鎳鎘電池的充電時(shí)間計(jì)算公式為：

（公式2.7）

其中Q為電池容量，I為充電電流，T為所需充電時(shí)間，為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，此處我們選為1.3。

因此當(dāng)我們采用0.5C恒流充電時(shí)，可以計(jì)算出充電時(shí)間T為2.6小時(shí)。

在時(shí)間調(diào)整的過程中，我們采用電壓、電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了智能充電系統(tǒng)電壓、電流的雙閉環(huán)控制，保證了充電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且使鎳鎘電池的使用壽命延長(zhǎng)，同時(shí)有效的減弱了鎳鎘電池的記憶效應(yīng)。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)根據(jù)鎳鎘電池特性曲線，通過對(duì)充電電流的精確控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，電壓，對(duì)充電電池進(jìn)行全方位保護(hù)，防止了線路短路，器件損壞，誤操作等可能對(duì)充電系統(tǒng)及充電電池帶來的損害，同時(shí)有效的提升了電池的使用壽命，消弱了記憶效應(yīng)對(duì)電池的影響。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能齊全，成本低，可靠性高，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆安，劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2]陳希有.電路理論基礎(chǔ).高等教育出版社，2008.

[3]戴晟暉.從零開始學(xué)C語言.電子工業(yè)出版社，2011.

篇9

[關(guān)鍵詞]環(huán)保課桌；可循環(huán)利用；資源利用

[DOI]10.13939/ki.zgsc.2017.15.104

1 設(shè)計(jì)背景及意義

環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本前提。環(huán)境為我生存和發(fā)展提供了必需的資源和條件。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題已經(jīng)作為一個(gè)不可回避的重要問題提上了各國政府的議事日程。保護(hù)環(huán)境，減輕環(huán)境污染，遏制生態(tài)惡化趨勢(shì)，成為政府社會(huì)管理的重要任務(wù)。對(duì)于我們國家，保護(hù)環(huán)境是我國的一項(xiàng)基本國策，解決全國突出的環(huán)境問題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是政府面臨的重要而又艱巨的任務(wù)。

針對(duì)我們國家現(xiàn)在的資源短缺，環(huán)境污染也是較嚴(yán)重的問題，為緩解該問題，國家提出了可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，當(dāng)前，節(jié)能環(huán)保低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念已經(jīng)成為我們?nèi)祟惪沙掷m(xù)發(fā)展的行動(dòng)指南，要實(shí)現(xiàn)低碳的生活方式，必須要改變我們?nèi)祟惈@取能源的方式。因此只有積極探索并拓寬其他低碳能源獲得渠道，廣泛采用節(jié)能環(huán)保的清潔能源，逐步減少化石能源的使用，才能有效減少溫室氣體的排放，保護(hù)我們賴以生存的地球環(huán)境。在這樣的背景下，就想到設(shè)計(jì)一個(gè)既能節(jié)約資源又能環(huán)保的課堂教具，合理運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)（發(fā)電機(jī)）原理，以獨(dú)特的機(jī)械和電路設(shè)計(jì)，利用了人體腳踏運(yùn)動(dòng)能量，推動(dòng)機(jī)械裝置發(fā)電，供學(xué)習(xí)照明及充電使用。該設(shè)計(jì)獲得的電能來源可靠、照明光度穩(wěn)定，并能達(dá)到自動(dòng)儲(chǔ)能充電的目的。能夠滿足人們學(xué)習(xí)所需的照明和健身要求。而且考慮到平時(shí)使用的基礎(chǔ)課本，相同年級(jí)學(xué)的課本都相同，但年級(jí)不同用的課本也不同，所以，如果每一屆用過的課本能循環(huán)使用，同時(shí)又能夠方便學(xué)生取閱，那就可以節(jié)省制造課本的資源，以及相繼帶來的環(huán)境污染，繼而就想到了課桌這個(gè)暫存教具，利用課桌的空間，進(jìn)行對(duì)書的存放，但又考慮到書本的丟失和缺損現(xiàn)象，就設(shè)計(jì)一款全封閉式的課桌，結(jié)合電氣裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的控制。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）本課桌最大尺寸是620mm×430mm×694mm，桌腿最大伸展長(zhǎng)度是657mm，桌腿最小收縮長(zhǎng)度是270mm。桌面、課斗、桌腿高的允許誤差范圍為±2mm，在其中的一面桌壁上安裝射頻插卡裝置，只需學(xué)生用學(xué)生證對(duì)準(zhǔn)該射頻裝置，便可使射頻裝置啟動(dòng)，為防止書出現(xiàn)丟失現(xiàn)象，學(xué)生在選擇書的時(shí)候，要輸入相應(yīng)的密碼，在射頻裝置中安裝讀卡器可以讀取并記錄學(xué)生的信息。將踏板機(jī)械能轉(zhuǎn)換為高速的轉(zhuǎn)速動(dòng)力，帶動(dòng)直流發(fā)電機(jī)發(fā)電，提供書桌照明，同時(shí)將電能變換成標(biāo)準(zhǔn)充電電壓提供用戶充電使用。

（2）考慮到書傳出和收回時(shí)，采用用齒輪齒條機(jī)械結(jié)構(gòu)，由于該機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單且易加工。在書傳出時(shí)，通過單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)電機(jī)正傳前進(jìn)一段時(shí)間，使書到達(dá)指定的位置。

（3）為方便學(xué)生取書，我們?cè)谧老幌掳惭b桿和小滑軌，通過該機(jī)構(gòu)將書的一部分支起，停止一段時(shí)間能讓學(xué)生取得書之后，讓電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，回到初始位置，停止。裝置設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)由六部分組成，由機(jī)械踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直流發(fā)電機(jī)，防回流電路、LED臺(tái)燈、充電保護(hù)電路、恒流控制電路、3.7V充電電源輸出1.2V充電電池夾等部分組成。

（4）通過鍵盤及LCD12864顯示屏，選擇所需要的書，初步擬定為桌膛可放四本書，為上、下兩層，中間用隔板隔開，用顯示屏可以看到每個(gè)號(hào)碼所對(duì)應(yīng)的書：分別為1-高等數(shù)學(xué)，2-材料力學(xué)，3-英語，假設(shè)需要高等數(shù)學(xué)書，則按下1按鈕，便可得到該書。

（5）由于該裝置是通過電控制的，所以，為防止停電時(shí)無法用書，我們?cè)谧捞艃?nèi)安裝了可充電式備用電池。

2.2 照明、充電參數(shù)的設(shè)計(jì)和選擇

書桌照明燈的設(shè)計(jì)和選擇：書桌照明燈的選擇應(yīng)考慮兩方面問題：一是不要消耗腳踏板太多動(dòng)力；二是用較小的功率提供足夠的書桌照明，以達(dá)到節(jié)能的目的。這里選用FX-DZSZ055Y型節(jié)能高亮度發(fā)光二極LED燈，其光通量6-7流明，色溫6000-6500K高亮正白，LED各項(xiàng)指標(biāo)基本符合書桌照明。

LED額定電壓3.2V，額定電流20毫安，其功率=3.2V×20毫安=0.064W要達(dá)到足夠的書桌照明根據(jù)光通量確定用8只LED燈組成書桌照明燈，其書桌照明燈總功率=0.064W×8只=0.512W。

儲(chǔ)能充電池電壓參數(shù)的確定：課題為了提供家庭常用電池充電，我們分別對(duì)家庭常用充電設(shè)備進(jìn)行了調(diào)查。家庭常用設(shè)備是手機(jī)、MP3、學(xué)習(xí)機(jī)、MP4、電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電動(dòng)玩具車、電子照相機(jī)，主要是兩種型號(hào)充電器，3.7V鋰離子電池和1.2V鎳鎘電池，因此可確定充電對(duì)象電壓是3.7V和1.2V充電池，充電電流選取200MA較為合適。

裝置技術(shù)指標(biāo)：

（a）書桌照明功率：0.512W。

（b）輸出可對(duì)3.7V鋰電池和1.2V×3枚標(biāo)準(zhǔn)充電池充電。

（c）輸出充電電壓4.2V，電流200MA。

2.3 自動(dòng)控制恒流穩(wěn)定照明電路的設(shè)計(jì)

在踩踏板直流發(fā)電機(jī)在供電過程中，直流電源電壓是不穩(wěn)定的，不能恒定功率地供給高亮度發(fā)光二極管照明，因此照明亮度會(huì)有變化，產(chǎn)生照明不穩(wěn)定問題。為了解決這個(gè)問題，我在這里設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)恒流供電電路來保證LED照明時(shí)電流相對(duì)穩(wěn)定。設(shè)計(jì)方案是用三極管BG來組成自控恒流源，根據(jù)三極管工作原理Ib=Ic/β可知，只要提供恒定的Ib[基級(jí)電流]就可穩(wěn)定Ic電流，來保證LED照明亮度穩(wěn)定。電路中紅色發(fā)光二極管D10，電阻R1，來組成自動(dòng)穩(wěn)壓電路，其原理是利用紅色發(fā)光二極管D10導(dǎo)通時(shí)Vw正向壓降1.8V穩(wěn)定不變，來提供穩(wěn)定的基級(jí)Ib電流，另外紅色發(fā)光二極管做還同時(shí)用它兼顧裝置的面板工作狀態(tài)顯示，做到一舉兩得節(jié)約成本。照明燈由8個(gè)高亮LED【D1-D8】發(fā)光二極管組成，采取并聯(lián)的方式連接。

2.4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案的確定

（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)較簡(jiǎn)單，但所占空間較大，在設(shè)計(jì)計(jì)算也較煩瑣，要求耐磨性能好，平行度較高。

（2）凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)動(dòng)可靠等優(yōu)點(diǎn)，但由于點(diǎn)、線接觸，接觸應(yīng)力較大，易磨損，因?yàn)橛糜谡n堂，產(chǎn)生的噪聲也較大，不易加工。

（3）齒輪齒條機(jī)構(gòu)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、傳遞功率與適用的速度范圍大、工作安全可靠，且易加工。

通過對(duì)以上三種機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的比較，我們最終采用齒輪齒條機(jī)械機(jī)構(gòu)。

2.5 機(jī)械踏板傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)目的：是用機(jī)械踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)減速直流發(fā)電機(jī)發(fā)電。

設(shè)計(jì)參數(shù)：直流發(fā)電機(jī)的減速比1/4。踏板速度30次/分鐘時(shí)減速電機(jī)轉(zhuǎn)速260轉(zhuǎn)/分鐘。

設(shè)計(jì)思路：①采用兩個(gè)互成一定角度的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿直接與踏板焊接。當(dāng)左邊的踏板進(jìn)入死點(diǎn)位置時(shí)，右邊的踏板剛好處在最高點(diǎn)處，這時(shí)右腳對(duì)右踏板施加一個(gè)外力時(shí)，力的方向垂直于滑塊，因此將對(duì)右邊的軸產(chǎn)生一個(gè)水平向前的分力F1，由于是S形軸，也將對(duì)左邊踏板產(chǎn)生一個(gè)向后的水平力F1，水平力F1推支滑塊繞軸承做圓周運(yùn)動(dòng)，滑塊繞軸承做圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)使左邊的踏板越過死點(diǎn)位置向上運(yùn)動(dòng)，有效度過死點(diǎn)位置；同理，左踏板的水平分力使右踏板越過死點(diǎn)位置。這樣交替蹬踏，都有效度過死點(diǎn)位置，避免了卡死的情況。②采用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，齒輪模數(shù)為1的標(biāo)準(zhǔn)圓柱直齒輪，齒數(shù)分別為15和200（或225）。當(dāng)踏板速度30次/分鐘時(shí)，減速電機(jī)的轉(zhuǎn)速剛好為260轉(zhuǎn)/分鐘。機(jī)械踏板傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主要由S形軸、滑塊、導(dǎo)桿、踏板、大圓柱直齒輪、軸承、軸承支架、底座、直流發(fā)電機(jī)支架組成。

3 應(yīng)用

該裝置在推廣使用上是非常有意x的，雖然，它的成本比一般課桌要高，但它卻能實(shí)現(xiàn)普通課桌實(shí)現(xiàn)不了的功能，讓課堂在開始就充滿了未知的向往。在現(xiàn)在高科技迅速發(fā)展的時(shí)代，我們應(yīng)該讓學(xué)生更多地了解機(jī)械，運(yùn)用它，并喜歡上對(duì)機(jī)械的制造和研發(fā)，能夠讓學(xué)生更加積極主動(dòng)地加入到機(jī)械的行列，而且針對(duì)現(xiàn)在環(huán)保對(duì)于人類生存發(fā)展的重要性，雖然，它不能完全解決環(huán)境帶來的影響，卻能對(duì)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生一定影響，而且該課桌成批量生產(chǎn)成本會(huì)較低。

參考文獻(xiàn)：

篇10

關(guān)鍵詞：工業(yè)供配電、電路設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言：工業(yè)供配電和普通的家庭供配電在設(shè)計(jì)上還是有著比較特殊的差異的，工業(yè)在供配電時(shí)通常是隨著極大的電力負(fù)荷，對(duì)于高、低壓配電系統(tǒng)的選擇也是有著一定的要求。除了要滿足工廠的用電的需求，同時(shí)還要盡量的保障工廠電力系統(tǒng)也能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。另外，在滿足企業(yè)的基本用電需求的時(shí)候，也盡量可能多的考慮設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)效益，這樣才能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1、工業(yè)供配電設(shè)計(jì)的原則

1.1供配電總體布置設(shè)計(jì)

遵循國家相關(guān)法規(guī)，設(shè)置總體內(nèi)外變配電布局設(shè)計(jì)，依照短路電流需求、同路負(fù)荷和對(duì)應(yīng)額度，確定變電所的高低側(cè)電裝置。本著可靠與效益原則設(shè)置配電壓、配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，測(cè)算導(dǎo)線橫面和電壓耗損配置裝備。

1.2防雷器材的設(shè)計(jì)原則

依照當(dāng)?shù)貐^(qū)氣象條件，考慮安裝防雷器材裝置，采用防直擊避雷器材作用范圍核算，計(jì)算，排除易反擊狀況空間長(zhǎng)度計(jì)算，依據(jù)基本參數(shù)設(shè)計(jì)防雷電型號(hào)，確立連接位置，通過避雷火弧電、頻放電壓與最大允許安裝距離檢驗(yàn)以及沖擊接地電阻計(jì)算。

2、工業(yè)供配電設(shè)計(jì)中需要注意的問題

2.1電力負(fù)荷

電力負(fù)荷在展開工業(yè)配電設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先應(yīng)該做的是進(jìn)行負(fù)荷分級(jí)。分級(jí)依據(jù)會(huì)根據(jù)電力負(fù)荷因事故中斷后在政治及經(jīng)濟(jì)上所造成的影響及破壞程度來確定，一般會(huì)分成一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)，當(dāng)供電中斷以后，造成的影響及損失越大，對(duì)供電的可靠性的要求就會(huì)越高。在進(jìn)行電力負(fù)荷分級(jí)的時(shí)候，不同的行業(yè)因?yàn)槭褂玫脑O(shè)備不同，在分級(jí)的時(shí)候也會(huì)時(shí)不同的參考依據(jù)，在《工業(yè)民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》中會(huì)有具體說明。電荷分級(jí)以后針對(duì)不同級(jí)別電荷的供電要求也是不一樣的。(1)一級(jí)電荷的供電要求是最嚴(yán)格的，尤其是對(duì)于一級(jí)電荷別重要的電荷，一般會(huì)配備兩個(gè)電源，這是因?yàn)楫?dāng)一個(gè)電源維修的時(shí)候，可以有另一個(gè)電源來進(jìn)行持續(xù)供電，這樣才能夠避免電荷的中斷。但是在實(shí)際操作的過程中應(yīng)該考慮到，很有可能在當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生嚴(yán)重故障的時(shí)候也會(huì)對(duì)另一個(gè)電源造成一定的影響，這很容易會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電源都出現(xiàn)問題。為了避免這樣的情況發(fā)生通常對(duì)于一級(jí)重要電荷除了會(huì)配備兩個(gè)常用電源外還需要配備一個(gè)增設(shè)應(yīng)急電源，應(yīng)急電源系統(tǒng)可按具體條件來選擇，通?？刹扇—?dú)立發(fā)電機(jī)組或者選取第三路獨(dú)立電源或蓄電池來替代。(2)對(duì)于第二級(jí)負(fù)荷在供電的時(shí)候，需要盡量保障在線路發(fā)生常見的故障的時(shí)候供電不被中斷，或者中斷后電力系統(tǒng)能夠迅速恢復(fù)供電。(3)第三級(jí)負(fù)荷的供電要求只需要盡量保障其在正常狀況下的用電即可。

負(fù)荷分類及計(jì)算通常工業(yè)配電中都會(huì)伴隨著許多大功率的用電設(shè)備，這些設(shè)備不僅會(huì)產(chǎn)生很大的用電量，在進(jìn)行負(fù)荷分類時(shí)也有嚴(yán)格的參照。根據(jù)國內(nèi)電價(jià)制度對(duì)于不同性質(zhì)的工業(yè)企業(yè)、企業(yè)內(nèi)不同形式設(shè)備的用電在電價(jià)計(jì)收費(fèi)方式上都會(huì)有所區(qū)分，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量將不同電價(jià)的負(fù)荷嚴(yán)格分開，這樣才能夠讓后期的分類計(jì)費(fèi)更易于操作。負(fù)荷計(jì)算在工業(yè)配電中是很有必要的，只有前期進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算才能夠知道企業(yè)所需的總負(fù)荷量及負(fù)荷等級(jí)與負(fù)荷類比，有了這些數(shù)據(jù)后才能夠計(jì)算出各支部的分負(fù)荷，進(jìn)而可以以此為依據(jù)向供電部門申請(qǐng)電源及擬定的供配電系統(tǒng)及設(shè)備。同時(shí)，也可以以此為依據(jù)來選擇需要的電器、導(dǎo)體，計(jì)算出潛在的電壓損失、電能損失及功率損失等。

2.2高壓、低壓供配電系統(tǒng)的選擇

供電電壓的選擇主要取決于工廠用電負(fù)荷的大小、供電距離的遠(yuǎn)近以及工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃與遠(yuǎn)景。對(duì)于大型工廠以及用電負(fù)荷很大的中型企業(yè)，設(shè)備容量可以控制在2000～50000 kV，如果輸送電能距離在20～150 km內(nèi)的可以以35～11 kV的電壓進(jìn)行供電。對(duì)于中小型工廠通常電容設(shè)備課控制在100～2000 kV內(nèi)，當(dāng)輸送電能距離在4～20 km以內(nèi)時(shí)可采用6～10 kV的電壓進(jìn)行供電。工業(yè)配電高壓、低壓供配電系統(tǒng)的選擇要根據(jù)工廠具體的情況來定，在獲取了工廠的設(shè)備容量、電能輸送距離等數(shù)據(jù)后可以針對(duì)性的采取合適的配電系統(tǒng)。此外，在確定工廠高壓配電電壓時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)于各種配電方案進(jìn)行綜合性權(quán)衡，在滿足企業(yè)基本用電需求的同時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量多的考慮方案的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于低壓供配電系統(tǒng)的選擇則需要著重考慮低壓用電設(shè)備的電壓，通常情況下380/220 V基本能夠適用。但對(duì)于有些特殊行業(yè)，例如礦井下作業(yè)的工業(yè)企業(yè)，這樣的低壓配電無法滿足其需求， 需要采用660 V甚至1140 V的低壓配電電壓。對(duì)于高壓、低壓供配電系統(tǒng)的選擇需要具體參考企業(yè)的性質(zhì)、用電需求及設(shè)備電容量等客觀因素。以某新建石化工程項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目在實(shí)際運(yùn)作過程中主要?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)區(qū)域:生產(chǎn)區(qū)和輔助區(qū)，在生產(chǎn)區(qū)中又會(huì)有很多個(gè)子項(xiàng)目，其中涵蓋裝置區(qū)、廠房、配電房及水泵房等，每個(gè)區(qū)域應(yīng)當(dāng)選擇的供電電壓都不一樣。原則上首先需要計(jì)算出每個(gè)子項(xiàng)目中的用電負(fù)荷總量，同時(shí)要算出所要設(shè)備的總電壓。在選擇供電電壓時(shí)線路的輸送距離也應(yīng)當(dāng)有準(zhǔn)確的測(cè)算，這樣才能夠了解在輸電線上可能產(chǎn)生的電壓損耗。只有對(duì)于單個(gè)項(xiàng)目的各方面狀況都有了清晰的了解后才能夠在確定合適的供電電壓。工業(yè)配電設(shè)計(jì)在實(shí)際工業(yè)項(xiàng)目或工業(yè)廠房中應(yīng)用很多，在進(jìn)行設(shè)計(jì)前很重要的一點(diǎn)是要具體考察項(xiàng)目的實(shí)際情況再來選擇合適的設(shè)計(jì)方案，這樣才能夠在設(shè)計(jì)出科學(xué)有效的方案的同時(shí)又能夠最大程度幫助企業(yè)節(jié)省不必要的電費(fèi)開支。

3、供配電設(shè)計(jì)中常見問題

3.1供配電設(shè)計(jì)的配電設(shè)備或處所

配電設(shè)備線路破損，變壓器容量虛假劣質(zhì)電能表，斷路器等設(shè)備導(dǎo)致安全隱患;缺乏保護(hù)與降低智能開閉和軟起器，缺乏變電所配電，加大距離，降低效率。注意各處計(jì)量途徑不統(tǒng)一，配電所地理處所千差萬別，有些潮濕影響變壓器壽命和工作穩(wěn)定。還有些維護(hù)或消防通道不合格，限制配電設(shè)備工作發(fā)揮，也增加維護(hù)工作量與經(jīng)濟(jì)投入。

3.2供配電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段落后

在某些大型工業(yè)廠區(qū)或綜合建筑群，日常的用電量很大經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)荷如果做不到及時(shí)監(jiān)控，可能導(dǎo)致變壓器及其他電器破損，經(jīng)過一段時(shí)期運(yùn)行后不能做到實(shí)時(shí)監(jiān)控配電變壓器工作情況的話，可能造成該配電系統(tǒng)的安全隱患二即使維修得當(dāng)、也形成了電氣損壞和經(jīng)濟(jì)損失。

3.3供配電系統(tǒng)非消防電源控制失誤

根據(jù)消防有關(guān)規(guī)定，確認(rèn)火情同時(shí)應(yīng)當(dāng)切斷非消防電源，并連通消防報(bào)警或火警標(biāo)志燈，一旦發(fā)現(xiàn)火情，應(yīng)立即切斷防火區(qū)域非消防電源。在此類設(shè)計(jì)中經(jīng)常低壓柜出線側(cè)切斷配電干線回路。如果不注意分路設(shè)置電源線路，造成火災(zāi)時(shí)得驚慌與報(bào)警器失靈。

3.4長(zhǎng)距離供電缺乏短路保護(hù)

電纜大間距對(duì)設(shè)備供應(yīng)電流、在監(jiān)測(cè)末端設(shè)備工作是否正常開啟與電壓能否達(dá)到要求的同時(shí)，也要注意設(shè)置饋電斷路器帶短路或過延時(shí)保護(hù)設(shè)施，因短路的剎那形成電纜的保護(hù)死角，或電路末端無法有效保護(hù)，與長(zhǎng)電路的末端斷路器形成級(jí)差，造成越級(jí)跳閘現(xiàn)象。

結(jié)束語：隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，電能在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓狡鸬脚e足輕重的作用，電氣化拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，提高社會(huì)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)成本和人們勞動(dòng)強(qiáng)度，工業(yè)供配電設(shè)計(jì)對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)，改善人們生活有著非常重大現(xiàn)實(shí)意義。文中針對(duì)供配電設(shè)計(jì)與運(yùn)行中的問題，結(jié)合實(shí)踐體會(huì)提出一些解決辦法和對(duì)策，希望供配電系統(tǒng)更好的提供安全可靠的供配電系統(tǒng)和高質(zhì)量電能，為我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和人們生活提供有力保證。

參考文獻(xiàn)：