鹏鼎微科技有限公司

皂液器方案介绍

时间:2020-09-08

单片机介绍:

本方案采用的是PD81F023AS芯片,属于PD81F02X系列。

A.   自主知识产权精简指令集

B.   8层硬件堆栈x11bit

C.   2T或4T指令周期

D.   2Kx14b程序存储空间

1.  程序存储空间的checksum自动校验

2.  可配置,User Option

E.   256x8b数据EEPROM

1.  数据EEPROM在应用编程

F.   高耐用性EEPROM

1.  EEPROM保存时间>40年

G.   128x8b SRAM

H.   1 x带8位预分频的定时器0

I.   1x带3位预分频的16位定时器1

J.   1 x带8位预分频的定时器2

K.   增强性捕捉、比较和可编程“死区”时间的PWM模块

1.  时钟源可选:系统时钟或者是内部32MHz时钟

2.  单次脉冲模式

3.  最多3对带“死区”的PWM输出

L.   3x12bit Timer,3x12bit PWM,支持BUZZER模式

M.   带7位预分频的WDT,溢出频率约为16-2048ms

N.   上电延迟计数器PWRT

O.   低功耗模式SLEEP

P.   多个唤醒源,INT、端口变化中断、WDT和数据EEPROM写完成,等等

Q.   内置高速16M RC振荡器

R.   内置低速32K RC振荡器

S.   支持外部晶振16M或32K,以及外部

T.   时钟模式

1.  时钟缺失检测

2.  双速启动模式

U.   内置10位的ADC,支持8个通道(7个外部通道+ 1个内部1/4VDD通道)

1.  参考电压可选:外部Vref,VDD,内部2V/3V

2.  内置2个高速高精度比较器

3.  可编程的参考电压

4.  比较结果可直接输出

V.   低电压复位LVR:

1.  2.0/2.2/2.5/2.8/3.1/3.6/4.1V

W.   低电压检测LVD:

1.  2.0/2.4/2.8/3.0/3.6/4.0V

X.   两路稳压输出:

1.  每路分别可输出多达32档电压

Y.   最多14个通用IO,16根芯片管脚

1.  14个IO带独立上拉控制

2.  4个IO带独立下拉控制

Z.   端口变化中断,RA0-RA7

AA. 支持在系统编程ICSP

BB. 支持在线调试,3个硬件断点

CC. 程序空间保护

DD. 工作电压范围:2.0V- 5.5V

EE. 工作温度:-40-85°C

FF. 最大时钟工作频率:16MHz

1.  FSYS=8MHz: 2.0V-5.5V

2.  FSYS=16MHz: 2.7V-5.5V

GG. 封装类型:SOT23-6,SOP-8,SOP-14,SOP-16,MSOP-10

PD81F023S

SOP-14脚位图

以下为芯片管脚的详细描述:

管脚名

功能名

输入信号类型

输出信号类型

具体描述

上下拉

PA0/AN0/C1IN+/ICSPCLK

PA0

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

AN0

AN

A/D通道0输入


ICSPCLK

ST

Debug/烧录模式串口clock信号

(Fmax=6MHz)


C1IN+

AN

Comparator1 non-inverting input


PA1/AN1/C1IN-/ICSPDAT

PA1

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

AN1

AN

A/D通道1输入


C1IN-

AN

Comparator1 inverting input


ICSPDAT

ST

CMOS

Debug/烧录模式串口data信号

(Fmax=6MHz)


PA2/AN2/C1OUT/T0CKI

PA2

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

AN2

AN

A/D通道2输入


C1OUT

CMOS

Comparator1 output


T0CKI

ST

Timer 0源头时钟输入

(Fmax=4MHz)


PA3/AN3/ATEST1

PA3

ST

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

AN3

AN

A/D通道3输入


ATEST1

AN

AN

模拟测试管脚1

内部测试用

PA4/ATEST0/VREGP

PA4

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉/下拉

ATEST0

AN

AN

模拟测试管脚

内部测试用

VREGP

AN

高压档稳压输出


PA5/MCLRB

PA5

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU(or input only)

可配置上拉

MCLRB

ST

外部复位输入

MCLRB

PA6/OSC2/T1G/CLKO

PA6

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

OSC2

XTAL

Crystal/Resonator

OSC2

T1G

ST

Timer1门控输入


CLKO

CMOS

测试时钟输出

CLKO

PA7/OSC1/CLKI/T1CKI

PA7

ST

CMOS

GPIO with IOC and WPU

可配置上拉

CLKI

ST

External clock input/RC oscillator connection


OSC1

XTAL

Crystal/Resonator


T1CKI

ST

Timer1外部时钟


PC0/AN4/C2IN+/P1F/VREF

PC0

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉

AN4

AN

A/D通道4输入


C2IN+

AN

Comparator2 non-inverting input


P1F

CMOS

增强型PWM输出


VREF

AN

A/D外部参考电压输入


PC1/AN5/C2IN-/P1E/INT

PC1

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉/下拉

AN5

AN

A/D通道5输入


C1IN-

AN

Comparator2 inverting input


P1E

CMOS

增强型PWM输出


INT

ST

外部中断输入


PC2/AN6/P1D/PWM5

PC2

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉/下拉

AN6

AN

A/D通道6输入


P1D

CMOS

增强型PWM输出


PWM5

CMOS

PWM5输出


PC3/P1C/PWM4

PC3

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉/下拉

P1C

CMOS

增强型PWM输出


PWM4

CMOS

PWM4输出


PC4/C2OUT/P1B/PWM3

PC4

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉

C2OUT

CMOS

Comparator2 output


P1B

CMOS

增强型PWM输出


PWM3

CMOS

PWM3输出


PC5/CCP1/P1A/VREGN

PC5

ST

CMOS

PORTC I/O

可配置上拉

CCP1

ST

CMOS

捕捉输入/比较输出


P1A

CMOS

增强型PWM输出


VREGN

AN

低压档稳压输出


注意:

1.  IOC:Interrupt on change,通用IO

2.  WPU:Weak pullup

3.  ST:带CMOS电平的施密特触发器输入

4.  AN:模拟输入或输出


皂液器原理图介绍:

下面是皂液器测试样品的原理图

整个电路主要分为五个部分单片机主控(MCU和LED)、按钮、红外对管、电机和电源。

MCU和LED:控制整个皂液器的逻辑,提供指示灯让用户知道产品的工作状态:

按钮:S2开启关闭皂液器,S1更改皂液器的出液量,S1长按按钮可让电机持续转动。

红外对管:通过红外对管实现红外感应,用户可通过切割对管之间的红外线并停留短暂的时间,触发单片机的触发逻辑,执行相应的代码程序。

电机:通过转动制造压差,将液体从容器中带到皂液器出液口中。

电源:提供6V电压和降压的功能(6V转3.3V)并且给单片机提供检测电压端口。

皂液器PCB样品板:

其中左侧的接口为红外发射管和红外接收管端口,左下方为按钮接口,右侧上方为电机接口和电源接口,右下方为程序烧录接口。此板为样品调试用,实际成品尺寸将按照模具的尺寸进行修改。

实物拍摄:

样品PCB正面

样品PCB背面

样品实物拍摄

当前图片中的主控板为V2版本,最新版本的PCB可能与图片中的样品有些出入,原因是后续会通过优化电路,改变元器件的用料做出符合实际生产需求。

注意:

关于红外检测的设置:当感应区检测到有手时,并不会马上触发,而是等待100毫秒后再次判断是否确实检测到手。防止手快速划过感应区而导致的误触。在感应触发过程中,皂液器会按照之前调好的出液时间进行出液,有三个档位可选择,如果需要再次出液,需要把手移开感应区后再返回感应区。另外在出液的过程中如果手马上移开,皂液器会马上停止出液,避免造成浪费。当然,建议最好调到合适的出液时间,并等待皂液器出液完毕后再移开手。


功耗计算:

休眠频率:10秒13闪

红外对管:台湾-接收管5MM-发射管-5MM

休眠功耗:0.17ma 工作功耗:8.26ma 照射功耗:0.17ma 电机转动功耗:135mA

测试的电源:小米彩虹电池7号(电量635毫安时,电压1.5V)

电源的供电方式:四节7号电池串联,能提供6V电压

理论续航:635mA·h×4节÷0.17mA≈14941小时

14941小时÷24≈622.54天

因为考虑到电量过低就无法驱动电机和红外对管,实际使用情况不可能刚好把电池电量全部用完,中间还涉及到用户使用皂液器会消耗部分电流,每使用一秒就会减少待机13分钟的电量,肯定达不到上面的续航。

实际续航目前还在测试当中。


皂液器目前定为三个档位:

一档:电机转动0.5秒

二档:电机转动1秒

三档:电机转动1.5秒

电机的转速通过单片机里面的PWM代码进行电压控制,转速可变

一档LED1亮起,LED2熄灭

二档LED1熄灭,LED2亮起

三档LED1和LED2同时亮起

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