紅外線光電晶體感測電路

此電路的邏輯核心為 LM393 積體電路，其內部共有兩組 OP 放 大器（operational amplifier，簡稱 OP 放大器）。如圖三.5 所示，當中 僅示意其中一組放大器作為代表。此電路原理如下：由運算放大器特 性得知，OP 放大器之 2 號腳位經 10K 電阻分壓得 2.5 伏特。3 號腳 位的電壓大小由光電晶體是否導通決定。當光電晶體未接收到紅外線 訊號時，光電晶體截止，使 3 號腳位電壓大於 2.5 伏特，經 OP 放大 器運算，於1 號腳位輸出高電位；當光電晶體接收到紅外線訊號時，

光電晶體導通，使 3 號腳位電壓小於 2.5 伏特，經 OP 放大器運算，

於1 號腳位輸出低電位。2 號腳位支路節點下方的電阻可更換為不同 阻值的電阻，來改變2 號腳位的電壓值，進而改變 OP 放大器的運算 準位，使其敏感度有所變化。電路左側與右側的發光二極體分別用來 顯示電路通電正常和判斷OP 放大器輸出端電壓變化。

透過這個特性，當電梯到達各樓層時，光電晶體接收到來自電梯 轎廂上的紅外線發射訊號，使OP 放大器輸出端有電壓變化。將單晶 片的四隻腳位與四組OP 放大器輸出端連結，即可接收電梯抵達樓層 的訊號，爾後做出相對應的訊號傳送動作。

圖三.5 紅外線光電晶體感測電路圖 3.1.6 七段顯示器

此套件用來顯示電梯目前所在的樓層。其電路接法有兩種：共陽 極與共陰極。共陽極方式，發光二極體的共用接點為電源，單晶片上 7 隻腳與發光二極體的負極連接。共陰極方式共用接點則為接地。本 專題使用共陽極之接法：當單晶片輸出低電位時，電流流經發光二極 體，使其發亮；反之，因發光二極體兩端電位相同，故無電流流過，

不發亮。

3.2 軟體架構 過程將於副程式內容說明)。得出結果後，AT89S52 單晶片傳送訊號 控制馬達動作。

圖三.6 主程式流程圖

3.2.2 副程式（進位旗標判斷變化）

如圖三.7 所示。若電梯轎廂運行中，有按鈕觸發，程式將進入副 程式。副程式主要由兩個邏輯公式組成，分別為：

1. PSW 之值=（觸發按鍵的樓層數值）－（電梯轎廂所在樓層數值）。 2. A 是否為 0。

其中，PSW 為程式狀態字元（program status word）之簡寫；A 為 累積器（Accumulator）之簡寫。利用微晶片 PSW 當中的進位旗標 (carry，簡稱 CY)，作為運算變化的依據。根據單晶片微處理器原廠規 定，CY 僅可能有兩種數值變化。以這個特性，定義主程式用來分辨

的運算結果。若需要，馬達將在執行先前指令，於結束後，再接收儲 存的指令，做出對應動作；若不需要，單晶片即刻控制馬達拖動電梯 轎廂向上。

若為等於 0，單晶片告知馬達該按鈕觸發訊號不需有任何動作。

程式返回主程式。

圖三.7 副程式流程圖

第四章、系統功能

4.1 系統功能說明

利用 AT89S52 與電子電路控制板控制直流減速馬達、七段顯示 器、按鍵電路以及紅外線光電晶體感測電路，如圖四.1 所示。電梯轎 廂與各樓層分別裝有紅外線發射器與光電晶體接收器，偵測電梯轎廂 是否到達樓層。當操作者按下按鍵時，輸入電壓變化訊號至單晶片內。

經過主程式與副程式運算，單晶片將傳輸訊號至 H 橋馬達控制電路 與七段顯示器，前者驅動直流減速馬達正轉、逆轉或停止，後者顯示 電梯所在樓層。

圖四.1 電梯系統功能示意圖

第五章、系統功能操作說明

5.1 操作說明

電梯系統之操作步驟配合圖五.1 做說明：

1. 觀察七段顯示器顯示電梯目前所在樓層。

2. 按下任意一層樓的上樓或下樓之按鍵，表示某樓層電梯外部發出電 梯使用需求。

3. 電梯開始移動，當電梯到達發出使用需求的樓層時，按下 1~4 任一 按鍵，模擬需求者進入電梯選擇想要到達的樓層。

4. 電梯將依指令抵達目的樓層。

圖五.1 電子電路控制板

第六章、實驗結果

1. 電梯所在樓層掃描主程式。

2. 接收按鍵指令發布訊號主程式。

3. 使用進位旗標 CY 判斷電梯與發出按鍵指令樓層的相對位置之副 程式。

4. 馬達正轉、逆轉與停止副程式。

5. 延遲時間副程式。

6.4 實驗結果與成效

直流電源供應器供應約 10 伏特至 12 伏特區間之電壓，電流大小 經量測得約150 毫安培至 300 毫安培，方能使馬達拖動電梯轎廂。系 統功能方面，當某樓層紅外線光電晶體感應到電梯轎廂上的紅外線訊 號，或者按鍵電路有觸發訊號時，單晶片能正常接收來自紅外線感測 電路與按鍵電路所發出的訊號，並輸出正確指令至 H 橋馬達控制電 路和七段顯示器上。如圖六.1 所示的成品示意圖，電梯系統能夠模擬 出和真實電梯一樣的動作狀態。

然而，減速直流馬達受 H 橋馬達控制電路影響，並無直接利用直 流電源供應器供電給馬達運轉時的轉速高，但 H 橋可穩定並無誤地 使馬達做出正轉、逆轉或停止。

圖六.1 電梯系統完成成品

第七章、問題討論

1. 目前載客使用的電梯，如何減少支架與電梯轎廂間的摩擦力，使馬 達拖動的能量能夠減少不必要的損耗而傳遞至電梯轎廂上？

2. 組合語言中，並無不等式的邏輯運算。該以何種數據做為電梯系統 運算指令之標準判斷？

3. 設計按鍵電路電容與電阻的串聯順序，需經過電路分析並搭配單晶 片埠腳內部電路結構，方能決定元件擺放順序。

4. 若將接收按鍵觸發訊號的單晶片腳位改為中斷功能腳位，或許能使 程式縮短許多，減少按鍵掃描程式所占用的記憶體空間。

第八章、未來展望與結論

Layout 功能繪製佈線圖，製作成印刷電路板，經過插件、接線及焊接，

完成電子電路控制板，相當於產品之雛形。由於設計之電子電路控制 板主要以單晶片微處理機控制器為基礎，因此，其原理與周邊電路之 認識、設計與應用，都是藉由老師課堂講解、作業練習以及上機實習 演練來完成。

在軟體設計方面，則利用Keil C 微控制器系統開發軟體，撰寫組 合語言程式碼，燒入單晶片微處理器，上機實際操作，經過不斷修正 與除錯，實現系統之各項功能。

第九章、組員工作劃分

經過多次開會與討論，各組員所安排到的工作如表格九.1 所示：

表格九.1 組員工作劃分表

組員 工作分配

張偉皇 電梯支架設計與製作、OrCAD 電路圖繪製、

PCB 電路製作、撰寫程式、報告書統整與修改

陳彥晴 簡報製作、報告書製作、

OrCAD 電路圖繪製、PCB 電路製作

陳昤欐 簡報製作、OrCAD 電路圖繪製

劉洪生 設計電路圖、PCB 電路製作、撰寫程式 梁庭娟 PCB 電路製作、操作影片錄製與剪輯

第十章、工作日誌

撰寫 H

6/5 6/6 6/7 6/8 6/9 6/10 6/11

第十一章、組員心得

2. 組員－劉洪生

在正式報告的前一天，電梯硬體軟體終於成功製作完成。我主要 負責軟體撰寫，使用語言是組合語言，使用起來感覺比C 語言難寫，

更為機械化，整個主程式總共花了三天的時間建立。過程中遇到超多 的bug，像是判斷電梯轎廂目前位置與樓層之間的大小關係和電梯的 運作邏輯，每個問題都花了很久的時間解決。利用課餘時間、假日從 早做到晚，甚至在實驗室待到凌晨三點半，我們也花了很多時間使用 Capture 跟 layout 軟體去整理電路，重新畫了很多次，也很感謝何子 儀老師幫我們解決了按鍵問題，好在老師有幫我們，不然按鍵就卡死 了。課堂助教也在debug 時幫助我們解決了很多問題，還有同組隊友 們的配合，才能完成電梯成品。半個學期下來過程中很辛苦，但也學 到了很多實作技巧，像是如何去想出並且實現一個產品。讓產品更符 合我們想要的樣子。

我覺得這堂課最值得的是，課堂上的理論可以馬上應用到實驗 課，不會有正課和實驗脫節的感覺。而這堂課最後的專題部分更是讓 我深刻的體會到那些日常常見的用具在製作時是多麼困難和費心的，

像我們這次的電梯專題比起我當初想像的還需要付出更多時間跟心 力。

這次的專題讓我體驗到許多新鮮事，雖然我們大部分都處在撞牆 期，經常需要拿著三用電表東測西測找尋問題、或是不斷的修改程式。

但像是前往PCB 室洗電路板、焊接等等，都是特別難得的經驗。

當第一眼看到電梯成功完成指定動作時，疲憊以及煩躁瞬間都消 去了一大半。感謝我們的各位組員，由於大家的盡心盡力，讓我們能 如期製作完成。

4. 組員-陳彥晴

經過了這次的專題實作，讓我學習到如何從無到有的製作出一樣 產品。一切都是那麼的新鮮，像是洗電路板、焊接等等，平時都只是 聽老師上課在黑板上講解，很少有機會能夠實作。但透過了這堂課，

我學習到如何構思一個專題的設計流程，接著一步一步的執行，還有 一些接電路與焊接的技巧。一開始都會覺得很有趣，但在實作的過程 中常常會遭遇到各種不同的挫折，像是電路出了問題，又或是程式有 誤，常常讓人感到煩躁。而這些錯誤都要靠著自己拿著三用電錶找出 錯誤，或是程式必須一修再修。但因為有同伴們的協助，靠著大家同 心協力、溝通協調，找出錯誤然後更改，才能夠完成一項產品。因為 這堂課我覺得自己的實作能力提升了不少，看著自己的成品，內心也 有滿滿的成就感與感動，終於完成了啊！

這次專題主題為電梯系統。在我們決定做電梯後，就開始仔細思 考電梯邏輯。平常認為理所當然的東西也變的需要深度探討，親自去 搭乘電梯測試電梯如何運作，才能完整設計出系統的邏輯運算。一開 始，想到有很多狀況可能發生，直到老師告訴我們應該由最基本的狀 況下手，我們才逐漸設計出軟體流程架構。

從採買元件，到接觸基本電路，在麵包板上親自測試與除錯，電

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