智能猫厕所控制系统设计

3.2电路硬件设计

3.2.1单片机最小系统设计

要使单片机工作起来最基本的电路构成为单片机最小系统如图3-7所示。

单片机最小系统包括单片机、复位电路、时钟电路构成。

STC89C52 单片机的工作电压范围：4V-5.5V,所以通常给单片机外界5V直流电源。连接方式为单片机中的40脚VCC接正极5V，而20脚VSS接电源地端。

复位电路就是确定单片机的工作起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动确定单片机起始工作状态。当单片机系统在运行中，受到外界环境干扰出现程序出错的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后，在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。本设计采用的是外部手动按键复位电路，需要接上上拉电阻来提高输出高电平的值。

时钟电路好比单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏。时钟电路就是振荡电路，是向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。因为一个机器周期含有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us。

图3-7 单片机最小系统

电磁阀是利用电能流经线圈产生电磁吸力将阀芯(克服弹簧或自重力)吸引，分常开与常闭两类，用了控制电源各个模块供电。电磁阀实物图如图3-2-21

AMS1117是一个正向低压降稳压器，AMS1117有两个版本：固定输出版本和可调版本，固定输出电压为1.5V、1.8V、2.5V、2.85V、3.0V、3.3V、5.0V,具有1%的精度。

本系统电源电压为5v。电源模块电路为电磁阀、稳压器和电源指示灯组成。SW2是电源连接按钮，SW3是电源切断按钮，按下SW2开关后，电源指示灯LED2发光指示电源情况。

图3-8 电磁阀实物图

图3-9 电源电路

按键模块是四个个按键组成：手动复位按键、启动按键、暂停按键、加热开关。

图3-10 启动停止电路图

按下启动按键：K1引脚是复位信号输入端，高电平有效。采用上电加按钮复位，单片机输出信号1，电磁阀常开变常闭，接通电源，机器启动。

按下停止按键：k2引脚是复位信号输入端，高电平有效。采用上电加按钮复位，当遇到特殊紧急情况时，可按下停止按键，单片机输出信号0，电磁阀断开电源。

图3-11 复位电路图

按下复位按键：RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。采用上电加按钮复位，因为系统设计考虑到该系统比较重要，所以除了采用上电复位的方式外，应该还有按钮复位备用复位方式以防止系统死机时能够重启。

图3-12 加热杀菌电路图

打开加热开关：S1开关通过手动进行开关加热杀菌，不需要时可以关闭单独烘干。

3.2.4采集模块设计

通过热释红外感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有宠物在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到宠物离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到宠物的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。送出TTL 电平至STC89C52单片机HWOUT端口。

本电路是将宠物辐射的红外线转变为电信号。热释红外感应2脚输入到前置放大器OP1进行放大，然后由C4耦合给运算放大器OP2进行第二级放大。再经过电压比较器COP1和COP2构成双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号去启动延时时间定时器输出信号在经过R3进入单片机部分进行处理。延时周期可通过R12来调节输出，在延时时间内只要Vs发生上跳变，V o就会从Vs上跳变时刻起继续延长一个周期，而电路中的电容为了能够更好的控制

了芯片内的定时器，若Vs一直保持为高电平，这样就可以通过P10传输到单片机内进行下一步处理。而根据不同的距离要求来调节R13，最大可以调节到7米左右。图中BISS0001中1脚用跳线连连接住一个接高电平后，在延时时间段内如果有宠物在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到宠物离开后才将高电平变为低电平，本电路设计就是可触发方式。电路图如图3-2-41所示。

图3-13 热释红外感应处理电路图

3.2.5清理模块设计

清理模块主要工作原理是通过一套机械装置带动铲子，并控制电机的正反转沿着轨道运动。单片机2个输出端口连接L298N的2个输入控制端，IN3和IN4。单片机收到BISS0001的输入信号后判断此时的电平高低，如果收到一个高电平后接一个低电平，输出端P2.2和P2.3此时为1和0，信号送到正反转控制芯片L298N后控制端IN3和IN4控制电机正转，到达终点后输出端送出信号为0和1，经L298N控制电机反转，电机复位。

电路图：

图3-14 清理模块电路图

3.2.6进排水模块设计

通过电机的正反转达到进水与排水的目的；单片机2个输出端口连接L298N的2个输入控制端，IN5和IN6。单片机收到BISS0001的输入信号后判断此时的电平高低，如果收到一个高电平后接一个低电平，输出端P2.4和P2.5此时为1和0，信号送到正反转控制芯片L298N 后控制端IN5和IN6控制电机正转，开始进水，数秒后停止；当振动模块停止时，输出端变为0和1，经L298N控制电机反转，开始排水，数秒后停止。

电路图：

图3-15 进排水模块电路图

通过振动机振动来带动水与猫砂之间的共振摩擦，将猫砂中的残余杂物进行清洗沉淀到清洗槽中；单片机2个输出端口连接L298N的2个输入控制端，IN1和IN2。单片机收到BISS0001的输入信号后判断此时的电平高低，如果收到一个高电平后接一个低电平，输出端P2.0和P2.1此时为1和0，信号送到正反转控制芯片L298N后控制端IN1和IN2控制电机正转，开始震动，与排水模块同时停止运作。

图3-16 振动机实物图

电路图：

图3-17 振动模块电路图