基于EM78P156E的自动红外控制系统设计

    摘要：EM78P156E是台湾仪隆电子公司生产的CMOS型8位单片微控制器。它功耗低，速度快，资源丰富，且价格低廉。可用于多种控制领域。文中介绍在EM78P156E控制下的红外水龙头的实际电路和设计思想，同时还给出了该自动红外控制水龙头的控制程序框图。

    关键词：单片机 低功耗 控制 水龙头 EM78P156E

1 概述

EM78P156E是台湾义降电子公司采用CMOS技术制造的8位单片机，它具有低功耗、高速度等特点，其内部含有看门狗、RAM、ROM、可编程计时/计数器、内外部中断、SLEEP模式及双向三态I/O口，其丰富的应用资源和低廉的价格已使其在各个应用领域取得了重大成功，如充电器，遥控器，语言复读机，汽车防盗报警器，无绳电话等。

笔者依据EM78P156E的特点设计了一个可应用于红外自动水龙头产品的实用电路，并在试用后取得了良好效果。

2 EM78P156E的特点

图1是EM78P156E的管脚图，它的主要参数和特点如下：

●工作电压：2.5V～5.5V。

●工作频率范围：采用晶振时为：DC～36MHz；采用RC振荡器时为DC～4MHz（5V）：

●低功耗：在5V/4MHz条件下的电流消耗为2mA，在SLEEP时为1μA；

●具有OTP型，其程序存储器为1k×13；

●具有多种振荡形式，带有SLEEP省电模式；

●内含14个特殊功能寄存器，含48×8bit内部RAM；

●可由软件控制双向I/O口，以构成上拉电阻、下拉电阻或集电极开路输出。

3 红外水龙头的工作原理及特点

图2为红外水龙头的工作原理图。它是利用红外发射电路和接收电路配合单片机来工作的。发射电路定时间歇发射发外脉冲，当人要洗手时对红外产生反射，从而使接收电路接收到红外信号，再由单睡机控制电磁阀打开水龙头出水，当人手离开时，接收电路无法收到反射信号，单片机则控制电磁关闭水龙头。为使这种家用或公共场合用的产品具有更高的安全性和可靠性，设计者普遍使用电池作为工作电源，因而对电路整机的功耗要求应足够的小，一般来讲应该从以下几个方面来减少功耗：

（1）为了便于电磁阀的驱动，采用4节1.5V电池供电，CPU工作使用HT1033稳压输出的3.3V电压，以降低CPU的工作功耗。为防止在电池电压降低后红外水龙判断的工作可靠性下降，该电路设计有电池电压检测电路，当电池电压降低到一定程序时，电路具有通过指示灯闪烁提醒用户更换电池的功能。

（2）图3所示为电磁阀的控制电路，它通过两个I/O控制脚电平的翻转来对电磁阀进行开/关控制。电磁阀开关动作的控制脉冲宽度可选为30ms，随着该脉冲宽度的增加，电路的功耗将会加大，但如果该脉冲太窄的话，一方面无法驱动电磁阀工作，另一方面还会使电池电压下降从而电磁阀失控。因而应采用软件进行判断补偿：当计数电磁阀开关次数达到一定数值时，应适当增加电磁阀控制脉冲宽度，也可以根据使用次数逐级增加脉宽。这样既能稳定控制电磁阀又能合理分配使用能量。

（3）图4所示是该红外水龙头的发射/接收电路。发射电路中的稳压二极管起着稳定发射距离的作用，它能保证电池电压下降后发射距离保持稳定。该发射电路以间歇方式工作，它每隔0.5秒发射一次脉宽为50μs的窄脉冲。接收电路也采用间歇供电方式，在CPU做发射脉冲的时候打开接收电路的工作电源，然后检测是否收到反射脉冲。检测完毕后再关闭接收电源。

（4）在设计CPU软件时，由于EM78P156程序存储器的容量为1k，因而可以将多种冲水功能程序放大同一片OTP芯片中，工作时再从I/O口管理判断应执行的功能段。这样可以减少产品库存，并提高利用率。WDT看门狗的打开信号可作为SLEEP工作模式的唤醒源，如果WDT的基本定时周期为18ms，那么，WDT看门狗应在大约每隔0.56s时产生一次看门狗复位动作。另外，该红外水龙头还设计有连续出水一分钟自动关闭电磁阀的功能。这是为在异物阻挡使单片机误判断时，不致于水流不停而设计的。图5所示是该红外水龙头的软件工作程序方框图。

4 结束语

该设计思路已经在产品中得到了验证，该产品已经进入了批量生产阶段，其整机功耗电源水于35μA。另外，低廉的成本和超长的电池使用寿命都为该产品的推广和应用提供了极大的发展空间。