利用PIC16C54A單片機(jī)作為控制核心，利用遮擋式紅外線發(fā)射、接收控制原理，開發(fā)制作了自動控制電路系統(tǒng)。完全可取代日本原機(jī)的超聲波自動控制電路系統(tǒng)，大大降低電路系統(tǒng)的成本。整機(jī)只需外接6V直流電源供電，經(jīng)測試待機(jī)功耗小于18μA，各項技術(shù)參數(shù)和指標(biāo)均優(yōu)于日本原機(jī)。

一、系統(tǒng)硬件的原理與設(shè)計

采用PIC16C54A單片機(jī)作為控制核心。其外圍電路主要由七部分組成：紅外線發(fā)射和接收電路、電源指示燈電路、低電壓檢測電路、復(fù)位開關(guān)電路、電機(jī)驅(qū)動及剎車電路等。

1、系統(tǒng)硬件電路原理電路如附圖所示。

采用6V直流電（4個5號電池）經(jīng)微功耗穩(wěn)壓IC2（自身靜態(tài)功耗1.5μA）輸出3V作為IC1和紅外線發(fā)射、接收電路的電源。6V直接供電給直流電動機(jī)（MOTOR）、Q5、Q6等組成的驅(qū)動電路。SW1為電源開關(guān)。紅外線發(fā)射電路由R1、R2、0l和紅外線發(fā)射管等組成：紅外線接收電路由Q2、03、R3～R7、Cl-C3和紅外接收管等組成。紅外線發(fā)射管與接收管成30°角，當(dāng)人手進(jìn)入控制區(qū)時，發(fā)射管發(fā)射的信號受手遮擋反射被接收管接收，經(jīng)Q2等組成的放大電路放大，觸發(fā)Q3輸出低電平，IC1的TOCKF腳檢測到低電平判斷為有手進(jìn)入取沫狀態(tài)。從RB3腳發(fā)出驅(qū)動信號，電機(jī)正轉(zhuǎn)，相應(yīng)機(jī)械送出皂沫。MOTOR為高速電機(jī)，經(jīng)皮帶傳動、齒輪減速后帶動曲軸和凸輪，由曲軸推動機(jī)械送出皂沫，由凸輪推動復(fù)位的微動開關(guān)SW2動作，當(dāng)微動開關(guān)動作時，CPU檢測到RA3輸入低電平，從RB3發(fā)出電機(jī)正轉(zhuǎn)停止信號，從RB2發(fā)出電機(jī)剎車信號。完成一次取沫過程。IC3為低電壓檢測芯片HT7050，靜態(tài)功耗1.5μA，當(dāng)電源電壓高于5V時，CPURA2腳輸入高電平：當(dāng)電源電壓低于5V時。RA2腳變?yōu)榈碗娖剑琑B7腳輸出報警信號。指示燈連續(xù)閃動。R10、C5組成CPU外部時鐘RC振蕩電路，R10取100kΩ、C5取100pF、時，CPU的時鐘頻率約32kHz，足以滿足運(yùn)算速度和自動控制反應(yīng)速度的要求。

C4、R9組成CPU上電復(fù)位電路。

2、低功耗原理分析

對于用電池供電的設(shè)備，功耗是需要考慮的最重要因素。睡眠（SLEEP）模式是降低功耗的最好方法。這種工作模式下主振蕩器停止工作、功耗最低，。Ipd的典型值僅幾微安。PIC16C54A用于對成本要求嚴(yán)格的嵌入式自動控制系統(tǒng)時。通常系統(tǒng)時刻要對外部事件進(jìn)行監(jiān)測、判斷，一旦外部事件發(fā)生，必須把單片機(jī)從睡眠（SLEEP）模式中喚醒，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行相應(yīng)處理程序。HC16C54A單片機(jī)僅有一個定時/計數(shù)器TIMR0中斷源。從睡眠模式中被喚醒的方法有兩種。一種是在MCLR腳加低電平使系統(tǒng)復(fù)位：另一種是看門狗監(jiān)視定時器WDT處于工作狀態(tài)時，其計數(shù)溢出復(fù)位。MCLR腳在電路設(shè)計中用于上電或掉電復(fù)位一般是不可缺省的，看門狗監(jiān)視定時器WDT不能用于對外部事件進(jìn)行監(jiān)測、判斷。因此本系統(tǒng)不能通過睡眠模式工作狀態(tài)來滿足低功耗以及同時對外部事件進(jìn)行監(jiān)測、判斷的要求。只能通過適當(dāng)降低外部時鐘頻率和芯片電源電壓的方式。

二、系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件采用匯編語言編寫。為了使靜態(tài)待機(jī)功耗更低，在系統(tǒng)軟件的控制下。紅外線發(fā)射二極管間歇發(fā)射紅外線。紅外線接收電路的電源也采取間歇供電方式。此外。還用I/O口做外設(shè)電源，串大電阻：在SLEEP前置I/0口為輸出，并且將不用的：I/0口全部接地；選擇低功耗的電容：利用計數(shù)器TMR0下降沿觸發(fā)中斷。采取上述措施后，實測整機(jī)控制系統(tǒng)待機(jī)耗電為16μA-18μA。

三、結(jié)束語

檢測表明。通過降低控制系統(tǒng)的工作電壓、降低CPU的時鐘頻率和采取外部RC振蕩器等技術(shù)，滿足了產(chǎn)品低功耗及低成本等方面的要求，該技術(shù)同樣適用于各種由電池供電的微電腦自動控制系統(tǒng)，如自動水龍頭、醫(yī)用自動手指消毒器等。