單相交流馬達的啟動

單一定子繞組設計的單相感應電動機因無法產生起動轉矩，為使電動機能夠 起動，定子繞組必須做某種特殊的安排方法才能產生起動轉矩。單相感應電動機 起動最簡單的方法，就是在主要的定子繞組之外再加上一組輔助的繞組或稱啟動

繞組，而將此電動機當作二相電動機起動。這兩組繞組的軸在定子中空間上相差

啟動繞線(start winding)從啟動電路斷開後，其磁極不是超前就是落後轉 動繞線極性的改變，造成一合力帶動馬達轉動。若啟動繞線及轉動繞線分別自馬

圖 2-14 分相交流馬達電阻啟動

圖 2-15 分相交流馬達反動啟動。

圖 2-16 分相交流馬達電容啟動

2.5.3 單相交流馬達的轉向

以電容啟動單向交流馬達做範例，基本轉向控制的原理是改變啟動繞線所接 的交流電壓接線，利用一電磁接觸器來作為控制馬達運轉的開關，若欲加入一轉 向控制，則電路則為圖 2-18 所示，利用 MCF 及 MCR 兩個開關便可達成轉向的 控制，常見的方法則為送出一脈衝信號來控制 MCF 及 MCR 的開關與否。

圖 2-17 電容啟動單相交流馬達

圖 2-18 單向交流馬達轉向控制 2.5.4 單相交流馬達的應用

動力特性，而適用於不同用途的機械中，例如有些馬達有高轉矩和扭力，而有些 馬達則能定速旋轉，或者轉幾分之一圈，一般而言驅動機器的能力以輸出的功率 來計算，馬達輸出功率的單位為「馬力」，Horse power，簡稱 HP，1 馬力（HP）

=746 瓦特（W），馬力愈高在單位時間裡輸出的功也愈大，在機械中主要的驅動 馬達，都需要比較大的動力，而作為控制用途如定位、定速…等的馬達，則輸出 功率較小。

通常鐵捲門所用的馬達則因為扭力的要求所需，大多選用單相交流馬達 [14][15]。而根據需求的不同，例如捲門的捲升速度、捲門的重量、馬達的體積 等，可依上表選擇最適合的馬達來帶動捲門，表一中可明顯看到各種不同規格的 馬達，一般市面上的捲門馬達透過一電磁開關與捲門控制器相連結，其配線圖可 見圖 2-19。

圖 2-19 自動捲門與馬達電磁開關配線圖

表 2-1 東元捲門機性能規格表

50/60HZ(R.P.M)

40 T52/T11

#640

圖 2-20 東元馬達 DS30、DS70、DS100

第3章 自動捲門監控系統

圖 3-1 自動捲門監控系統架構

整個系統分為用戶端（CLIENT）和主機端（SERVER），可見圖 3-1。當 用戶端欲使用捲門功能時，須先透過遙控器送出認證要求，主機端收到認證要求 後，根據所傳來的用戶序列號作判斷，通過認證後，主機端便開放權限供用戶端 使用捲門之各項功能，在此段固定時間內，用戶端可自由送出指令來控制捲門的 上下運作，到達指定的時間後，便視為一次的認證與遙控結束，此時主機端會送 出一信號告知用戶端停止送出指令，並準備接收主機端所傳送的隨機碼，之後主 機端與用戶端各自根據隨機碼執行新密碼的產生。

在使用者與捲門主機中，欲完成一次的認證及遙控捲門動作，必須通過兩次 的識別碼認證比對及一次的認證金鑰比對，此舉可有效減少利用掃描密碼的方法 使得門禁系統被破解的風險，認證金鑰則用來辨別是否為合法的使用者，且因用 來產生新識別碼的計數器計數值、用戶識別碼均內建於捲門主機及遙控器上，並 引進一隨機數，使得新識別碼的產生不易預測其編碼規則，當遙控器收到主機回 傳的隨機碼後，便產生新的識別碼及認證金鑰，故無法在傳輸過程中攔截到新的 識別碼及認證金鑰，但是透過半雙工無線通訊傳送有隨機碼被攔截的風險，考慮 到這點，故再加上適當的無線通訊編碼機制，增加其傳輸位元長度，增加攔截及 破解的難度。

3.2 系統規格

請參閱製造廠商所提供的產品資料手冊[18]。

圖 3-2 發射模組外觀與接腳說明

圖 3-3 接收模組外觀與接腳說明

而 HT-12[19]為一系列編解碼 IC，吾人選用 HT-12D 作為解碼 IC，而 HT-12E 作為編碼 IC，HT-12D 與 HT-12E 的主要特性如下：

(1) 應用 CMOS 技術，具有省電、防雜訊等優點。

(2) 工作電壓在 2V~12V。

(3) 內含振盪電路，只需外加一只電阻即可提供工作頻率。

(4) HT-12E 編碼 IC 可以有2⁸ =256組密碼設定，並可傳送 4 個位元資料。

(5) HT-12D 解碼 IC 具有 4 位元資料輸出，8 位元密碼設定，輸出資料具有拴鎖 功能。

HT-12E 編碼 IC 的接腳說明如圖 3-4 所示，A0~A7 是 8 位元的密碼設定，總 共有 256 種不同的組合；D0~D3 是資料輸入位元；DATA OUT 是資料發送端。

圖 3-4 HT-12E 編碼 IC 接腳圖

HT-12D 解碼 IC 的接腳說明如圖 3-5 所示，A0~A7 是８位元的密碼設定，

總共有 256 種不同的組合；D0~D3 是資料輸出位元；DATA IN 是資料接收端。當 HT-12D 與 HT-12E 搭配使用時，使用單晶片的輸出接腳來動態設定 A0~A7 所須輸 入的密碼，當兩者密碼一致時，HT-12E 所傳送的 4 位元資料會出現在 HT-12D 的 D0~D3 接腳上。

圖 3-5 HT-12D 解碼 IC 接腳圖

3.2.2 認證機制

認證流程為使用者先送出認證的要求，透過無線傳輸機制送出共一十六 BITS 的訊號，前八 BITS 為辨別碼，後八 BITS 則為 4BITS 的使用者序列碼及認 證金鑰，若辨別碼正確，則捲門主機將根據所收到的使用者序列碼，作認證金鑰 比對的查驗，若正確，視為認證通過，則在一定時間內開放使用者權限以控制捲 門的運作，稱為可操作時間，其長度可由使用者依需求自行設定，由數十秒到數 分鐘不等，透過一 LED 作為輸出介面。

進行認證時，主機端先根據所傳來的使用者序列碼從 EEPROM 中取出相對應 的使用者認證金鑰，再與所收到的認證金鑰作比對，若正確，便送出一認證通過 信號回傳用戶端，之後主機端便根據所收到的功能碼去執行使用者的要求，完成 動作後，若主機端在接受指令的時間內，發現有辨別碼不正確的情形則有系統故 障或遭密碼掃描之風險，便送出警告信號。

圖 3-6 認證機制流程圖

3.2.3 隨機數產生機制

圖 3-7 脈衝信號寬度 3.2.6 紅外線感測功能

吾人利用紅外線發射器及紅外線接受器 TSOP4838 在自動捲門前後兩側實現 感測功能，設定為當捲門落下時，便自動偵測是否有異物在捲門下方，或者是有 人意圖在捲門落下時潛入，若有異常情況時，便送出緊告信號，並停止捲門運作 以策安全。

3.3 功能實現

根據在 3.2 節中所提出系統各功能，我們瞭解了自動鐵捲門監控系統所需具 備的功能，接下來，我們將針對這些系統功能做更深入的介紹並實際實現之，茲 對其內容介紹如下：

3.3.1 半雙工通訊功能實現

本文是在單晶片上裝設五個按鈕開關，一個為認證要求開關，另四個則為捲 門動作指令。當認證通過後，主機允許使用者送出要求，此時先將所輸入的信號 透過單晶片的編碼，在控制信號之外加入 START BIT 及 END BIT，再傳到 HT-12E 的 AD8~AD11 上，之後透過無線收發模組來控制 HT-12D 的資料腳位輸出

(Pin10~Pin13)，呈現高低電位信號，每次傳送 4 位元的控制信號，加上其他應 用電路，便可達到無線遙控功能。而在用戶端與主機端的資料互傳方面，則建立 一同步機制，以確保資料的傳輸正確。

本文以單晶片搭配無線電收發模組電路之基本工作原理來實現半雙工的無 線傳輸機制。在發射端，利用單晶片控制編碼 IC 的 TE 腳位狀態，決定何時將 8 位元密碼與 4 位元資料進行編碼組合後一起以串列方式傳送出去；在接收端，單 晶片判斷解碼 IC 的 VT 腳位何時為高電位或低電位，高電位時，表示前 8 位元的 密碼正確，接著讀取後 4 位元資料，低電位時表示密碼錯誤，並將前一次 4 位元 資料拴鎖住，等待下一次動作。搭配單晶片與程式判斷，一次資料的發射與接收 便能有 2⁴＝16 組訊號。加入了編碼機制後，更可以程式實現傳送多組資料。

發射模組電路圖可見圖 3-8，由於本系統使用了兩組 TG-11 來實現遙控器與 遙控主機的半雙工無線通信，為了避免出現交調現象，分別使用 315MHz 及 405MHz 頻率的發射模組。HT-12E 為編碼 IC，其 Pin1~Pin8 可連接 DIP 開關，調整 JUMP 來設定密碼，在本系統中則是連結到單晶片的輸出接腳，在每次完成動作之後，

由單晶片設定密碼，當發射模組與接收模組的密碼設定相同時才能進行收發動 作；HT-12E 編碼 IC 的 Pin10~Pin13 是控制訊號輸入腳位，接收外部 ON/OFF 訊 號。

圖 3-8 發射模組電路圖

接收模組電路圖可見圖 3-9，遙控器與遙控主機分別使用 315MHz 及 405MHz 頻率的接收模組，搭配 HT-12D 為解碼 IC，其 Pin1~Pin8 連接到單晶片的輸出接

IC 的 Pin10~Pin13 是控制訊號輸出腳位，隨著發射端的訊號產生不同的動作，

如高或低電位。

圖 3-9 接收模組電路圖

當吾人欲傳輸資料時，便將 TE 腳位設為 LOW，使用 HT-12E 將欲送出的四位 元資料連同所設定的辨別碼透過 TG-11 送出一筆共 12 位元長的序列資料，內容 為前 8 位元的辨別碼加上後四位元的傳送碼，當接收端的 HT-12D 其辨別碼與收 到的 8 位元辨別碼一致時，此時 HT-12D 的 VT 腳位為 HIGH，再將所收到的 4 位 元輸出。但是在本系統中，一次完整的傳輸中，資料內容有 8 位元，所以加入了 曼徹斯特編碼技術，在 4 位元傳送碼的部分，加入了起始位元及結束位元，利用 軟體來判斷所收到的資料順序，便可實現傳輸 8 位元或以上的資料，見圖 3-10 及圖 3-11。

圖 3-10 HT12E 資料傳送格式

3.3.2 認證功能實現

進行認證時，首先等待使用者按下認證指令，確認按下之後，便從 EEPROM 中讀出所需要的兩組識別碼、使用者序號、一組認證金鑰，之後透過半雙工的傳

進行認證時，首先等待使用者按下認證指令，確認按下之後，便從 EEPROM 中讀出所需要的兩組識別碼、使用者序號、一組認證金鑰，之後透過半雙工的傳