（一）系统功能设计
STM32单片机自动迎客门红外感应步进电机语音播报41
本系统由STM32F103C8T6单片机核心板、语音播报、ULN2003步进电机控制、红外避障传感器、按键及电源组成。
1、红外探头检测到有人时，自动门打开（步进电机向打开方向旋转一周），人员进入，语音播报欢迎。
2、在开门的状态下，检测不到人遮挡，自动门关闭。
3、在关门过程中，再次检测到人遮挡，会停止关门进行开门操作。防止夹到人。
4、另外按键操作相当于门里的开关，按下开关门打开，门里人出来，语音播报欢迎再次光临。
（二）系统硬件系统分析设计
1、STM32单片机核心电路设计
STM32系列处理器是意法半导体ST公司生产的一种基于ARM 7架构的32位、支持实时仿真和跟踪的微控制器。选择此款控制芯片是因为本系统设计并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在实现本设计功能的前提下能够提供更丰富的接口和功能以便于设计实验系统各实验项目所需的外围扩展电路。此款控制芯片在完成单片机课程的学习后上手较为容易，在医疗器械中应用广泛，具有很好的学习、实验研究价值。
一、STM32的主要优点：
（1）使用ARM最新的、先进架构的Cortex-M3内核
（2） 优异的实时性能
（3） 杰出的功耗控制
（4） 出众及创新的外设
（5） 最大程度的集成整合
（6） 易于开发，可使产品快速将进入市场
二、STM32——最佳的平台选项
对于使用同一平台进行多个项目开发而言，STM32是最
佳的选择：
（1） 从仅需少量的存储空间和管脚应用到需要更多的存储空间和管脚的应用
（2） 从苛求性能的应用到电池供电的应用
（3） 从简单而成本敏感的应用到高端应用
（4） 全系列脚对脚、外设及软件的高度兼容性，给您带来全方位的灵活性。您可以在不必修改您原始框架及软件的条件下，将您的应用升级到需要更多存储空间或精简到使用更少存储空间/ 或改用不同的封装的规格。
STM32F103C8T6单片机核心板接口电路图如下图所示。
STM32单片机核心板接口原理图
在这里插入图片描述
2、NY3P065BP8语音芯片电路设计
此系列语音芯片是技针对市场推出的一款具有 PWM 输出的 OTP 语音标准芯片。共有 3 个 IO 口，外围最低仅需要一个 104 电容就可以稳定的工作，产品方案成本极低。此语音芯片内置电阻，没有外围元件，外围电路只需要一个 104 电容。整个方案的费用为您节省 30%-50%左右。
一、优势说明：
（1）工作电压 2.2-5.5V，适用范围很宽。
（2）输出方式：PWM
（3）您可以根据你的音乐时间和采样来选择芯片的时间有：10S 16S 32S 65S 87S 115S （脚位兼容）
（4）有 8PIN，DIP8 或者 SOP8 封装片，或者裸片可以选择。
（5）可以烧录裸片出货的 OTP 语音芯片，不需要光罩费。
（6）喇叭是8欧-16欧范围内的任何喇叭（建议0.25-1W内）
（7）此芯片是特定的固定标准模块，可以通过单片机最少 2 个 IO 口控制多达 128 段声音任意调用和组合的语音标准芯片。
（8）通常最常用的控制方式是 3 个 IO，现针对此模式做一个详细的原理说明。以方便调试。
控制原理说明：此控制方式是采用了模拟串行的控制方式。如需要播放第几个地址的内容就发送几个脉冲（大于 50us 即可，建议采用 100us 左右，下同）的原理，可以快速的控制多达 128 段地址的任意组合。
模拟串行工作时各 IO 的作用：
（1）BUSY：芯片工作时（播放声音），输出低电平，停止工作或者待机时，保持高电平；
（2）DATA：接受控制脉冲的脚位。收到几个脉冲，就播放第几个地址的内容；
（3）REST：任何时候，收到一个脉冲的时候，可以使芯片的播放指针归零（就是是 DATA 的脚位恢复到初始状态），同时即刻是芯片停止，进入待机状态；
工作示例：例如现在需要播放第十段声音。
单片机控制原理是：先发送一个复位脉冲到 RST（Rest）脚，接着发送 10 个脉冲到 DATA 脚。芯片即刻工作，播放第十段的声音；如果需要播放第五段的声音，则是：先发送一个复位脉冲到 REST 脚，接着发送 5 个脉冲到 DATA 脚。芯片即刻工作，播放第 5 段的声音；例如需要连续播放第十段和第五段声音：先发送一个复位脉冲到 REST 脚，接着发送 10 个脉冲到DATA 脚。芯片即刻工作，播放第十段的声音，同时单片机判断语音芯片的 BUSY 是否是高电平，如果不是则一直等待，如果是高电平，则发送一个复位脉冲到 RST 脚，接着发送 5 个脉冲到 DATA 脚。芯片即刻工作，播放第 5 段的声音.依此类推。
二、芯片参数
（1）工作电压：1.8V-6.2V
（2）精准的内阻震荡（+/- 1%）
（3）高清PWM音频输出
（4）DIP8/SOP8/DIP14封装
（5）MCU串口控制和按键控制
（6）灵活的输出模式
（7）I/O可提供较大输入出电流
（8）支持单键播放/停止
（9）支持长按住停止功能
（10）支持一键顺序/随机播放
（11）最大支持128段语音播放
（12） 可调的语音播放速度
（13）插入静音不占内存
（14）支持低电压复位（LVR=1.5V）
（15）提供快速烧录模式
三、应用范围
（1）家电行业：电磁炉、电饭煲、冰箱、洗衣机、空调、风扇等等
（2）安防报警：倒车雷达、叉车报警器、家庭防盗等
（3）医疗器械：弱视治疗仪、血压计、臭氧治疗仪等等
（4）广告媒体：语音广告牌、镜子广告*、迎宾器等等
（5）玩具系列：语音识别、小汽车，布娃娃等等
（6）智能交通：一卡通设备、红绿灯提醒等等
（7）交通工具：语音电动车，语音公交站等
（8）单片机控制：可达128段语音
四、芯片引脚说明
（1）1 脚 是去耦（可以接一个 104 对地）
（2）3 脚直接接喇叭
（3）4 脚电源正极 5 脚电源负极
（4）6 脚可以定义输入（来控制语音）也可以定于输出（见上描述）
（5）7 脚只能作为输入
（6）8 脚可作为输入也可以作为输出
芯片脚位图和时序图如下。
芯片脚位图
芯片时序图
五、芯片经典电路图（如下图所示）
芯片经典电路图
（1）如图连接后，任何时候按照按键 K2.都会有声音出现，同时 LED 亮。停止工作的时候，LED 熄灭连续按下 K2，则可以一直跟换不同的声音，停止按下后，则会播放最后指向的这段声音；任何时候按下 RST都可以是正在播放的声音即刻停止。
（2）注意：DATA 和 REST 不能同时按下（单片机控制的时候，也不能同时出现高电平），如果有一个按键先按下，并一直保持，则会使后来触发的其他按键无效，单片机控制的时候也需要注意。
在本电路设计中，通过单片机控制芯片DATA 和 REST引脚，来实现语音信息的播放，其电路图如下图所示，图中电容均为滤波作用。
芯片电路图
5、E18-D80NK红外避障传感器模块电路设计
E18-D80NK-N 这是一种集发射与接收于一体的光电传感器，发射光经过调制后发出，接收头对反射光进行解调输出。有效的避免了可见光的干扰。透镜的使用，也使得这款传感器最远可以检测 80 厘米距离的问题（由于红外光的特性，不同颜色的物体，能探测的最大距离也有不同；白色物体最远，黑色物体最近）。
检测障碍物的距离可以根据要求通过尾部的电位器旋钮进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小、价格便宜、易于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、流水线计件等众多场合。应用案例：生产线货物自动计数设备、多功能提醒器、走迷宫机器人等。
一、模块参数说明
（1）光感式传感器（光电开关）NPN常开
（2）红色：VCC +；黑色：GND —；黄色：OUT 信号输出。
（3）工作电压：5VDC
（4）工作电流：10-15mA
（5）驱动电流：100mA
（6）感应距离：3-80CM可调
（7）颜色：橙黄色
（8）直径:18MM
（9）长度:45MM
（10）引线长度:25CM。
（11）消耗电流 DC<25mA
（12）响应时间 <2ms
（13）检测物体：透明或不透明体
（14）工作环境温度：-25℃~+55℃
（15）标准检测物体：太阳光10000LX以下 白炽灯3000LX以下
（16）外壳材料：塑料
二、模块接口说明
（1）棕色线 外接5V电压，VCC。
（2）蓝线 外接GND
（3）黑线 数字量输出接口（0和1）
E18红外避障传感器模块接口原理图如下图所示。
E18红外避障传感器模块接口原理图
E18红外避障传感器模块实物图如下图所示。
E18红外避障传感器模块实物图
6、28BYJ-48步进电机驱动电路设计
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
本系统选择4相5线的5V步进电机。型号为28BYJ-48。其具体参数如下。
（1）直径：28mm
（2）电压：5V
（3）步进角度：5.625 x 1/64
（4）减速比：1/64
由于单片机的驱动能力弱，故选择ULN2003来驱动步进电机。ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。
ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
具体驱动电路原理图如下。
步进电机驱动电路原理图
步进电机实物如下。
步进电机实物图
（三）STM32单片机系统软件设计
1、编程语言选择
由于整个程序比较复杂，且计算量较大，用到了较多的浮点数计算，所以程序的编写采用了C语言。
对于大多数单片机，使用C语言这样的高级语言与使用汇编语言相比具有如下优点:
（1）不需要了解处理器的指令集，也不必了解存储器结构。
（2）寄存器分配和寻址方式由编译器进行管理，编程时不需要考虑存储器的（3）地址和数据类型等细节。
（4）指定操作的变量选择组合提高了程序的可读性。
（5）可使用与人的思维更相近的关键字和操作函数。
（6）与使用汇编语言相比，程序的开发和调试时间大大缩短。
（7）C语言的库文件提供了许多标准的例程。
（8）通过C语言可实现模块化编程技术，从而可将已编制好的程序加到 新程序中。
（9）C语言可移植性好且非常普及，C语言编译器几乎适用于所有的目标系统，己完成的项目可以很容易的转换到其它的处理器或环境中与汇编语言相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可移植性、可维护性上有明显的优势，易学易用。
2、Keil程序开发环境
本设计中单片机开发环境是Keil，Keil是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。其中Keil有以下特点：
（1）Keil软件同时支持WINXP和WIN7等多种操作系统，提供了丰富的库函数和功能强大的开发工具。
（2）Keil可以完成从编辑、编译、到连接、调试的一套开发流程。
Keil软件界面如下图所示。
Keil uVision5开发界面图
3、FlyMcu程序烧录软件介绍
FlyMcu是一款好用的stm32烧录程序软件，对于专业的单片机开发者来说应该非常适用，软件可以广泛地应用于电路编程(ICP)和应用编程(IAP)领域，支持进行编程、校验、读器件信息。
可以通过下载器（即CH340等串口烧写模块）下载单片机程序。单片机开发板、下载器以及PC连接好后，首先需要在软件中选择串口号，然后选择项目程序“hex”文件所在的地址，最后就可以点击开“开始编程（P）”按钮即可下载程序。具体下载界面如下图所示。
烧录软件下载界面
4、CH340串口程序烧写模块介绍
本设计通过CH340串口烧写模块实现对单片机程序的烧写。CH340串口烧写模块使用USB接口，十分方便的解决了笔记本电脑用户对STC系列单片机的程序烧写问题，本下载器低价格、高性能，是开发 STC 系列单片机的首选优秀工具。
一、CH340串口烧写模块特点：
（1）支持 USB1.1 或 USB2.0 通信；
（2）全面支持 WIN98、 WINME、 WIN2000、 WINXP、 VISTA、 WIN7 等操作系统；
（3）采用 USB 口供电；
（4）在对芯片编程时可以使用目标系统本身电源，也可以使用编程器从 USB 口取电供给目标板，但应保证目标板电流不大于500mA，以免不能正常编程；
（5）编程完成不影响目标板的程序运行；
（6）支持 STC 全系列芯片烧录；
（7）编程器提供 3.3V 与 5V 的电压输出接口；
（8）速度比并口编程更快更稳定，更方便笔记本电脑用户使用；
（9）采用进口原装芯片， 能进行高速稳定编程；
模块如下图所示。
CH340串口烧写模块
二、CH340串口烧写模块引脚说明
（1）+5V 5V输出，因有USB电源线，故本开发板不接，不需要
（2）VCC 本开发板不接，不需要
（3）3V3 3.3V输出，本开发板不接，不需要
（4）TXD 接单片机的RXD引脚
（5）RXD 接单片机的RXD引脚
（6）GND 接GND。
三、CH340串口烧写模块与单片机的具体接线图如下表所示。
CH340模块 单片机开发板
TXD RXD（单片机引脚PA10）
RXD TXD（单片机引脚PA9）
GND GND
CH340串口烧写模块与单片机接线
————————————————
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/q_1039692211/article/details/145771868
|
楼主
标题置顶
标题高亮
