【应用】瑞萨低功耗单片机RL78/G11实现自动感应皂液器的应用

时间： 2018-12-03 来源：RENESAS

技术问答

本篇应用说明介绍了使用瑞萨低功耗单片机 RL78/G11实现自动感应皂液器的应用。同时也适用于其他与下面所述的MCU有相同SFR（特殊功能寄存器）定义的产品。

自动感应皂液器适用于各种皂液、洗手液、洗发水以及护肤液等，最大的特点是非接触，能够有效避免交叉感染，是各种公共场所以及居家的卫浴首选产品。当检测到伸手动作时，自动感应皂液器会自动供应一定量的液体从而避免浪费。

系统完成初始化后进入STOP 模式，MCU处于低功耗状态。之后，MCU每50 ms被唤醒一次以检测是否有手伸向给液口。MCU 开启红外LED并检测光电晶体管的状态。如果将手置于红外LED 发出的光束下，MCU 即可检测到光电晶体管的变化并开启LED、蜂鸣器和电机。电机运转将皂液从储液器中抽取并泵出至给液口。

图一：自动感应皂液器的系统框图

系统硬件包括红外LED 和光电晶体管、蜂鸣器、LED 以及电机。光电晶体管用来检测来自红外LED 的光。当人手置于给液口，光束被遮挡，光电晶体管状态发生改变。MCU 检测到此变化后，驱动蜂鸣器、LED 和电机工作。皂液被电机从储液器中抽取并泵出至给液口。

图二：自动感应皂液器的电源电路

ISL9001AIRNZ-T 是一款高性能的低压差线性稳压器，可输出300 mA 的电流，此值远大于系统电流消耗。ISL9001AIRNZ-T 的3.3 V 固定输出可为MCU、红外LED 和光电晶体管、LED 以及蜂鸣器提供电源。25 μA 的低静态电流可有效延长电池寿命。

红外LED和光电晶体管

本系统中，用TT推出的OPB100Z作为红外发射器和传感器。OPB100Z 包含一个红外LED（见“图3”中的D1）和一个光电晶体管（见“图3”中的D2），它们分装在不同的罩壳内。发射器和传感器无开孔，因此无需精准对线也可应对超过36''（91.4 cm）的间距的情况。射线从LED 发出并到达传感器，D2 集电极的电压被下拉为低电平。如果手部遮挡了红外LED 发出的光束，D2 集电极的电压升高。MCU 定期（每隔50 ms）允许LED 的发射，并检测光电晶体管的状态以确认是否有人手置于给液口下方。

图3 红外LED 和光电晶体管的电路

蜂鸣器驱动电路

蜂鸣器用来提示给液以及电池低电量。该蜂鸣器具有2300±500 Hz 的大频率，25 mA 的额定电流以及3.5V ~ 5.5 V 的额定电压。当人手置于给液口下方时，MCU 通过PCLBUZ0 向SP_OUT 输出1.8 kHz 的方波使感应皂液器发出蜂鸣声。如果系统检测到电池电压低于4.8 V 时，PCLBUZ0 的输出会以50 ms 的间隔在ON 和OFF 间翻转，以此提示电池处于低电量状态。

图4蜂鸣器驱动电路

LED 驱动电路

自动感应皂液器还用一个黄色3 mm LED 来提示给液，该LED 的正向压降为2.0 ~ 2.4 V，最大电流为20mA，发光强度为40 ~ 100 mcd。MCU 通过定时器阵列单元向LED_OUT 输出PWM以驱动LED 工作。

图5 LED 驱动电路

电机驱动电路

自动感应皂液器用一个直流电机驱动齿轮运转以从储液器抽取皂液。该直流电机的额定电压为5 V，额定负载为0.49 mN·m，转速为11600 min-1。MCU 通过定时器阵列单元向M_OUT 输出PWM以驱动电机工作。占空比为100%的PWM用在NORMAL 模式下，占空比为75%的PWM用在LIGHT 模式下。

图4.6 电机驱动电路

RL78/G11低功耗单片机特点：

· 最短指令执行时间：能更改高速（0.04167 μs：高速内部振荡器时钟24 MHz 运行）到超低速（66.6 μs：

低速内部振荡器时钟15 kHz 运行）的最短指令执行时间。

· 通用寄存器：8 位寄存器×8×4 组

· ROM：16 KB； RAM：1.5 KB； Data Flash：2 KB。

· 可选择的高速内部振荡器时钟： 48 MHz、24 MHz、16 MHz、12 MHz、8 MHz、6 MHz、4 MHz、3 MHz、

2 MHz 或者1 MHz（TYP.）。

· 可选择的中速内部振荡器时钟： 4 MHz、2 MHz 或者1 MHz（TYP.）。

· 内置片上调试功能

· 内置上电复位（POR）电路

· 内置电压检测（LVD）电路

· 看门狗定时器：1 个通道（能以专用的低速内部振荡器时钟运行）。

· 内置键中断功能：8 个键中断输入引脚

· 内置时钟输出/蜂鸣器输出的控制电路

· 内置十进制校正（BCD）电路

· I/O 端口：17 ~ 21 个

· 定时器

16 位定时器（TAU）：4 个通道

TKB：1 个通道

12 位间隔定时器：1 个通道

8 位间隔定时器：2 个通道

· 串行接口

CSI：4 个通道

UART：2 个通道

I2C/简易I2C：4 个通道

多主I2C：2 个通道

· 8/10 位分辨率A/D 转换器：10 ~ 11 个通道

· 8/10 位分辨率D/A 转换器：2 个通道

· 比较器

2 个通道

运行模式：比较器高速模式、比较器低速模式、窗口模式

· PGA：1 个通道

· 数据传送控制器（DTC）

· 事件链接控制器（ELC）

· 待机功能：HALT 模式或STOP 模式

· 电源电压：VDD = 1.6 V ~ 5.5 V

· 工作环境温度：TA = –40 ~ +85°C

RL78/G11低功耗单片机应用：

工业、办公、家电、医疗健康以及安保等领域。

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