基于EM78P156E的自動(dòng)紅外控制系統(tǒng)設(shè)

1 概述

EM78P156E是臺(tái)灣義降電子公司采用CMOS技術(shù)制造的8位單片機(jī)，它具有低功耗、高速度等特點(diǎn)，其內(nèi)部含有看門狗、RAM、ROM、可編程計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器、內(nèi)外部中斷、SLEEP模式及雙向三態(tài)I/O口，其豐富的應(yīng)用資源和低廉的價(jià)格已使其在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域取得了重大成功，如充電器，遙控器，語言復(fù)讀機(jī)，汽車防盜報(bào)警器，無繩電話等。

筆者依據(jù)EM78P156E的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一個(gè)可應(yīng)用于紅外自動(dòng)水龍頭產(chǎn)品的實(shí)用電路，并在試用后取得了良好效果。

2 EM78P156E的特點(diǎn)

圖1是EM78P156E的管腳圖，它的主要參數(shù)和特點(diǎn)如下：
●工作電壓：2.5V～5.5V。
●工作頻率范圍：采用晶振時(shí)為：DC～36MHz；采用RC振蕩器時(shí)為DC～4MHz（5V）：
●低功耗：在5V/4MHz條件下的電流消耗為2mA，在SLEEP時(shí)為1μA；
●具有OTP型，其程序存儲(chǔ)器為1k×13；
●具有多種振蕩形式，帶有SLEEP省電模式；
●內(nèi)含14個(gè)特殊功能寄存器，含48×8bit內(nèi)部RAM；
●可由軟件控制雙向I/O口，以構(gòu)成上拉電阻、下拉電阻或集電極開路輸出。

3 紅外水龍頭的工作原理及特點(diǎn)

圖2為紅外水龍頭的工作原理圖。它是利用紅外發(fā)射電路和接收電路配合單片機(jī)來工作的。發(fā)射電路定時(shí)間歇發(fā)射發(fā)外脈沖，當(dāng)人要洗手時(shí)對紅外產(chǎn)生反射，從而使接收電路接收到紅外信號(hào)，再由單睡機(jī)控制電磁閥打開水龍頭出水，當(dāng)人手離開時(shí)，接收電路無法收到反射信號(hào)，單片機(jī)則控制電磁關(guān)閉水龍頭。為使這種家用或公共場合用的產(chǎn)品具有更高的安全性和可靠性，設(shè)計(jì)者普遍使用電池作為工作電源，因而對電路整機(jī)的功耗要求應(yīng)足夠的小，一般來講應(yīng)該從以下幾個(gè)方面來減少功耗：

（1）為了便于電磁閥的驅(qū)動(dòng)，采用4節(jié)1.5V電池供電，CPU工作使用HT1033穩(wěn)壓輸出的3.3V電壓，以降低CPU的工作功耗。為防止在電池電壓降低后紅外水龍判斷的工作可靠性下降，該電路設(shè)計(jì)有電池電壓檢測電路，當(dāng)電池電壓降低到一定程序時(shí)，電路具有通過指示燈閃爍提醒用戶更換電池的功能。

（2）圖3所示為電磁閥的控制電路，它通過兩個(gè)I/O控制腳電平的翻轉(zhuǎn)來對電磁閥進(jìn)行開/關(guān)控制。電磁閥開關(guān)動(dòng)作的控制脈沖寬度可選為30ms，隨著該脈沖寬度的增加，電路的功耗將會(huì)加大，但如果該脈沖太窄的話，一方面無法驅(qū)動(dòng)電磁閥工作，另一方面還會(huì)使電池電壓下降從而電磁閥失控。因而應(yīng)采用軟件進(jìn)行判斷補(bǔ)償：當(dāng)計(jì)數(shù)電磁閥開關(guān)次數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加電磁閥控制脈沖寬度，也可以根據(jù)使用次數(shù)逐級(jí)增加脈寬。這樣既能穩(wěn)定控制電磁閥又能合理分配使用能量。

（3）圖4所示是該紅外水龍頭的發(fā)射/接收電路。發(fā)射電路中的穩(wěn)壓二極管起著穩(wěn)定發(fā)射距離的作用，它能保證電池電壓下降后發(fā)射距離保持穩(wěn)定。該發(fā)射電路以間歇方式工作，它每隔0.5秒發(fā)射一次脈寬為50μs的窄脈沖。接收電路也采用間歇供電方式，在CPU做發(fā)射脈沖的時(shí)候打開接收電路的工作電源，然后檢測是否收到反射脈沖。檢測完畢后再關(guān)閉接收電源。

（4）在設(shè)計(jì)CPU軟件時(shí)，由于EM78P156程序存儲(chǔ)器的容量為1k，因而可以將多種沖水功能程序放大同一片OTP芯片中，工作時(shí)再從I/O口管理判斷應(yīng)執(zhí)行的功能段。這樣可以減少產(chǎn)品庫存，并提高利用率。WDT看門狗的打開信號(hào)可作為SLEEP工作模式的喚醒源，如果WDT的基本定時(shí)周期為18ms，那么，WDT看門狗應(yīng)在大約每隔0.56s時(shí)產(chǎn)生一次看門狗復(fù)位動(dòng)作。另外，該紅外水龍頭還設(shè)計(jì)有連續(xù)出水一分鐘自動(dòng)關(guān)閉電磁閥的功能。這是為在異物阻擋使單片機(jī)誤判斷時(shí)，不致于水流不停而設(shè)計(jì)的。圖5所示是該紅外水龍頭的軟件工作程序方框圖。

4 結(jié)束語

該設(shè)計(jì)思路已經(jīng)在產(chǎn)品中得到了驗(yàn)證，該產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段，其整機(jī)功耗電源水于35μA。另外，低廉的成本和超長的電池使用壽命都為該產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用提供了極大的發(fā)展空間。