單片機方面仿真設計的案例
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展開 基于單片機蔬菜大棚環境監測系統設計-可用于本科畢業設計，代碼已經過檢驗，完美運行 ￥60
基于單片機蔬菜大棚環境監測系統設計-本設計以STM32F103C8T6為主控芯片，通過溫濕度、土壤濕度、光照強度、
C02濃度等傳感器和滴灌閥、加熱片、蜂鳴器、風扇等模塊實現對溫室大棚內環境
的監測和控制，OLED(0.96寸)顯示各種測得的數據，同時一旦控制參數與設定值
不符合，觸發蜂鳴器報警，且風扇和加熱片也會相應工作。
基于51單片機的風速測量儀設計
1.系統方案及硬件電路設計
1.1 整體系統方案
整個系統要能實時測量 (0.2~30) m/s范圍內的風速，并把所測量到的風速實時顯示出來。通過分析，選用了FS 系列三杯風速傳感器作為風速傳感器。該傳感器使用 24 V 直流電源供電，使用 LCD1602 液晶顯示器顯示風速，利用微處理器進行數據處理[2-3]。整個系統由風速測量模塊、單片機模塊、風速顯示模塊、供電模塊組成，整個系統的硬件框圖如圖 1 所示。
圖1 系統硬件框圖
1.2 電源電路方案
系統電源電路部分需要為單片機最小系統提供+5 V 直流電源，同時需要為三杯風速傳感器提供 24 V直流電源，考慮到整個電路的 +5 V 部分需求功率較小，且整體功耗均不高的情況，直接使用市場上現有的直流+24 V/+5 V 開關電源作為供電電源，經過測試完全能夠滿足系統需求。
1.3 主控制器設計方案
本系統需要處理的數據不多，運算程度不復雜，使用 STM32 系列 32 位微控制器會造成資源浪費，而且STM32 方案外圍電路比較復雜，需要比較精準的電源，這些都將會造成系統實用性和性價比降低，因此采用 8位微控制器 STC89C51 單片機作為主控制器即可[4]。
單片機最小系統主要由主芯片、時鐘發生電路，復位電路組成，時鐘發生電路主要為整個單片機的運行提供精準的時鐘信號，使單片機的程序運行不會出現混亂。
圖2 單片機最小系統電路圖
1.4 風速測量方案設計
風速測量模塊主要實現對風力數據的采樣和輸出。
展開 單片機+UWB，設計一款老人智能行李箱
1 系統工作原理
通過箱體上的超聲波模塊對前進方向的障礙物信息進行檢測并傳回單片機，單片機通過控制直流電機的轉速、轉向控制智能助手的運動，實現避障；自動跟隨則通過自動跟隨模塊實現；GPS模塊用來實現定位和求助功能；電源模塊為系統供電。再配合軟件系統及其他部件實現老人智能助手的各項功能。智能助手示意圖如圖1所示。
圖1 老人出行智能助手
2 硬件設計
老人智能助手采用模塊化設計，包括主控模塊、電源模塊、驅動模塊、避障模塊、跟隨模塊、定位模塊、報警模塊等。
2.1 主控模塊
主控采用Arm Cortex-M3內核的STM32F103ZET6單片機[3]。最高頻率72MHz，內置高速存儲器，具有功能強大、響應快、低功耗、工作溫度區間寬等優勢。由于有2個基本定時器、3個通用計時器及2個高等定時器，且每個通用定時器都有4個通道用于輸入捕獲或輸出比較；自帶編碼器模式；2個高級定時器可實現死區控制和緊急剎車；因此廣泛應用于電機驅動和應用控制。
2.2 定位及報警模塊
采用ATK1218-BD GPS+北斗雙模擬定位模塊，定位精度可達2.5MCEP，捕獲追蹤靈敏度可達-165dBm，通過外界有源線可在上電后幾秒內實現定位[4]，并通過串口將位置信息發送到單片機，再由單片機處理后再次發送。
報警系統可在單片機上連接蜂鳴器電路實現。蜂鳴器電路如圖2所示，用NPN三極管（S8050）驅動，R33主要用于防止蜂鳴器的誤發聲。
展開 
四種單片機按鍵設計方案與改進，拿走不謝！
在單片機系統里，按鍵是常見的輸入設備。本文將介紹四種按鍵硬件設計上的方案和一些軟件設計方面的技巧。
四種按鍵硬件設計
方案一：單個按鍵
直接檢測GPIO口單個按鍵，如圖1所示。
圖1 方案一
方案二：矩陣鍵盤
在按鍵較多的情況下，則使用矩陣鍵盤，如圖2所示。
圖2 方案二
方案三：外部中斷
將按鍵接到外部中斷引腳上，利用按鍵按下產生的邊沿信號進行按鍵檢測，如圖3所示。
圖3 方案三
方案四：利用ADC
利用單片機的數字轉換器（ADC），設定按鍵按下前后經過ADC接口電壓的不同，根據電壓的差異來識別按鍵，如圖4所示。
圖4 方案四
優缺點分析
以上四種設計分別各有優點和不足。
第一種設計是最簡單、基礎的做法，對于單片機初學者很容易理解和使用，但缺點是需要在主循環中不斷檢測按鍵是否按下，并且需要做消抖處理。若主循環中某個函數任務占用時間較長，則按鍵會有不同程度的“失靈”。
第二種設計的優點是能夠在GPIO數量有限的情況下，擴展盡可能多的按鍵。但缺點同上，需要不停檢測按鍵是否按下。
第三種設計的效率Z高，不需要循環檢測按鍵是否按下，但缺點是需要單片機有足夠的外部中斷接口供使用。
展開 單片機控制步進電機設計及失步原因分析
該系統采用STC12C4052AD單片機，其工作方式、轉動速率及轉矩數可以通過鍵盤輸入，也可通過普通旋鈕或上位機調節。鍵盤顯示模塊采用 ZLG7289實現。本系統具有通用性，適當改變輸出口各位控制端，便可控制不同相數的步進電機。
單片機控制步進電機的失步原因分析
單片機控制步進電機易出現失步、低頻振動及易受外界電磁干擾而影響步進電機的正常工作，從步進電機本身的特性和控制驅動系統等方面分析了問題出現的原因，從控制驅動系統電磁干擾方面來講步進電機運行時的不穩定主要受兩個方面的影響，一是步進電機本身的機械特性所致，另一方面是控制驅動系統本身受外界環境因素和程序結構等方面產生的影響。
步進電機運行時存在的低頻振動即轉子的振蕩現象，會引起齒輪碰撞，產生噪聲！這種噪聲是步進電機的固有特性造成的;同時步進電機還存在諧振點，當轉子轉速達到其機械諧振點時就會產生諧振和噪聲;另外步進電機在高頻啟動和停止時也會因為強烈的沖擊產生振動和噪聲。
電磁干擾將有可能使單片機控制系統工作發生紊亂，使單片機產生誤動作甚至死機等，嚴重影響步進電機運行的穩定性。單片機控制步進電機的驅動系統產生電磁干擾的干擾源主要來自外部電源、內部電源、印制板自制干擾、空中周圍電磁場干擾、外部干擾信號可以通過公共導線、電容、相鄰導線的互感以及空間輻射等途徑從干擾源耦合到敏感元件上。
驅動系統中影響比較突出的幾個方面加以分析：
1、布線不合理。同一回路或不同回路間布線不合理時容易產生感生電動勢，形成電磁干擾。
2、供電干擾。工作時，交流電網負載突變時產生幅值較大的瞬變電壓波經由直流穩壓電源進入電子控制回路，從而影響單片機供電電源的穩定。
3、單片機與步進電機驅動回路之間，驅動回路產生的干擾信號通過線路竄入單片機，使單片機產生誤動作，從而導致步進電機出現多步或失步現象。
展開 基于機智云的STC單片機水溫智能控制系統的設計與實現
5 結束語
設計以STC單片機結合增量式PID、PWM脈寬輸出、機智云物聯網平臺，完成了系統軟硬件設計，經過綜合調試和測試，驗證了該遠程控制系統軟硬件設計結構合理，性能可靠，操作方便。由于時間和實驗條件限制，該系統設計仍有一些缺點和不足，沒有采用更高性能的處理器來完成硬件和軟件設計，未來有待進一步完善。
五個方面介紹防高空拋物監控系統的設計，簡單易懂，設計不再難
最近一直在做施工圖紙的設計，今天來談談最近比較火的防高空拋物監控系統的設計，這個監控系統的設計不同于其他類型監控的系統設計，但是也差別不大。
正文：
一、首先防高空拋物監控的前端攝像機如何選擇呢？
監控系統的設計主要在于攝像機的選型，傳輸線路的選擇，后端存儲與顯示。防高空拋物監控的前端攝像機選擇主要為鏡頭和像素的選擇，比如常見的鏡頭有4m、6m、8m，常見的攝像機像素為400萬、600萬、800萬，像素越高，分辨率也就越高，看的越清晰。
我們大部分的監控攝像機像素在400-800萬像素之間。
二、監控系統的傳輸線路的設計
防高空拋物監控系統的傳輸線路設計和我們做其他類型的監控系統設計一樣的，現在應用比較多的還是網線與光纖的實用，前端是網線，長距離傳輸就選用光纖。
三、后端存儲與顯示
防高空拋物監控系統的存儲與顯示設計和普通的監控系統一樣的。
四、系統架構的設計
從系統架構來看，和我們普通的監控系統的設計沒有什么不同，那么防高空拋物監控的設計重點在哪里呢？很明顯，在于前端的攝像機的設計。
四、防高空拋物監控系統的設計重點
從這張圖，我們可以看到攝像機的選擇，攝像機焦距與覆蓋樓層之間的關系。因此我們要根據樓層的高度與寬度來選擇攝像機的類型。
五、防高空拋物監控系統安裝
從高空拋物監控系統剛開始流行的時候，我們選擇樓頂安裝，但是現在更多的是選擇在地面監控立桿安裝，也許是因為好施工的緣故吧。
監控立桿安裝，大家都比我熟悉了，就不多一一介紹了
展開 電子電氣架構設計需要考慮哪些方面？
圖1 上汽、廣汽、長城的中央計算平臺架構(來源網絡)
圖2 分布式架構與中央架構優缺點對比(來源九章智駕)
在設計電子電氣架構的過程中，一個關鍵的任務是基于整車需求分解出電氣/電子需求。整車需求包括機械、電氣/電子、軟件、熱學等。工程師需要從中提取電氣/電子方面需求，并且對其進行分解然后協調各下游部門進行開發設計。在整個過程中，涉及電子電氣架構的定義、設計和交付的各種工程師必須平衡相互依賴的需求。下面從以下這些方面來聊一聊電子電氣架構設計。
01.
網絡拓撲
在定義拓撲時，首先是需要各控制器的接口人負責整理出功能清單，然后同一個域的會組織會議討論功能分配優化，網絡連接等，例如：
1.升級 ECU 以在一個或多個連接上支持更高波特率的網絡；
2.將二級網絡中控制器的功能移至域控制器，以支持更高級的功能實現；
同時不同域之間也會開會討論功能分配優化，看是否需要將功能劃到其他域中去。
從分布式架構到域控制器架構的過渡相對容易，這種升級通常僅是將部分分散于不同控制器的功能整合到一個控制器中(圖3)。這些通常在功能域內進行轉移，并進行適度更新以使其適應新車型。再下一階段是將域控制器重組為更通用的計算單元，將大部分功能集中至通用計算單元，而二級或者三級網絡中的控制器僅作為執行器。區域控制器是根據車輛的物理布局將其余功能整合在一起。區域控制器的實施通常需要對軟件和供應商交互進行很大的更改，這對汽車制造商和供應商都是一個很大的挑戰。
圖3 網絡架構升級示意圖
02.
功能安全
在設計電子電氣架構時，ISO26262功能安全要求是必須的，分析首先是從整車層面進行功能安全分析，然后再分解到各個域，以及各控制器，如圖4所示。
展開 根據經驗總結從三個方面考慮PCB的設計
PCB設計時一般是通過3W原則或者是包地防止串擾的產生。
3、信號延遲和時序錯誤：信號在PCB的導線上以有限的速度傳輸，信號從驅動端發出到達接收端，其間存在一個傳輸延遲。過多的信號延遲或者信號延遲不匹配可能導致時序錯誤和邏輯器件功能混亂。這種情況，一般是DDR產生，所以PCB設計時一般是做等防止信號延遲和時序錯誤的產生。
三.從EMC角度來考慮PCB的設計
EMC三大要素，干擾源，傳播途徑和敏感器件。所以設計時從消除干擾源，切斷傳播途徑和蔽屏敏感器件入手，以下的方法就是居于這些思路來考慮的。
1，合理布局
在器件布置方面,原則上應將相互有關的器件盡量靠近,將數字電路、模擬電路及電源電路分別放置,將高頻電路與低頻電路分開。易產生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應盡量遠離邏輯電路。對時鐘電路和高頻電路等主要干擾和輻射源應單獨安排,遠離敏感電路。
2，屏蔽設計
屏蔽是解決電磁兼容問題的關鍵技術。電磁屏蔽的方法就是以金屬或者磁性材料來隔離電磁干擾由一個區域向另一個區域感應或輻射傳播。一般分為兩種類型：一種是靜電屏蔽，主要是防止靜電場和恒定磁場的影響。另一種是用于防止交變電場、交變磁場、交變電磁場的影響。
3,疊層設計
總的來說疊層設計主要要遵從兩個規矩:1. 每個走線層都必須有一個鄰近的參考層(電源或地層);2. 鄰近的主電源層和地層要保持最小間距,以提供較大的耦合電容。
展開 醫療設備在安全方面的絕緣設計
根據聲音設計實踐，光耦為醫療設備提供有效絕緣，保護病人遠離潛在的漏電流危險。
使用交流供電的醫療診斷、測量和治療設備，由不合適的接地和電絕緣產生漏電流，潛在的將病人甚至醫療人員暴露在電擊、燒傷、內器官損傷和心律不齊的危險之中。體液的電導、各種電導液的存在和病人時用的凝膠體，使治療環境存在更大危險。使用凝膠體減少皮膚正常高于50Ω的電阻值。第二個重大危險來自設備間的輻射，它會降低附近其他設備性能。所以，代理商沿用了US FDA（食品藥物管理局）、EU（歐盟）和其他安全部門的規定，確保這些醫療設備遵守安全標準。
IEC（國際電工委員會）60601-1標準規定醫療設備電安全以保護病人、操作者和環境為條件。其他標準規定了更多
安全必備條件。例如，IEC 60601-1-x間接標準系列處理例如EMC（電磁兼容）、X射線保護和可編程醫療系統的問題。EMC確實是個重要的標準，因為設備不能成為EMI（電磁干擾）源。它會阻止其他設備準確運行，并且必須對操作環境中潛在的EMI免疫。自2005年11月以來，醫療設備不得不遵守最新的IEC 60601-1-2:2001 EMC標準。
醫療設備傳遞數據的部分，設計者用光耦或變壓器方法，從高壓環境中隔離敏感電路或者病人。基于光連結器的技術過去只支持有限的數據速率，導致變壓器隔離方法普遍使用。這種方法提供必備的數據速率，但是一般需要更多器件，占據了 PCB（印刷電路板）的更多空間和更復雜的設計。隨著光耦更高速數據速率能力和改良的時間特性的引入，這個情形得到改變。
增強型電絕緣
不同于功能性絕緣，增強型絕緣保護電擊和確保設計自動防故障裝置（參考文獻1）。這個特點很關鍵，例如ECG（心電圖儀）系統或電擊去纖顫器（圖1和圖2）。
展開 
電子電氣架構設計需要考慮哪些方面？
圖1 上汽、廣汽、長城的中央計算平臺架構(來源網絡)
圖2 分布式架構與中央架構優缺點對比(來源九章智駕)
在設計電子電氣架構的過程中，一個關鍵的任務是基于整車需求分解出電氣/電子需求。整車需求包括機械、電氣/電子、軟件、熱學等。工程師需要從中提取電氣/電子方面需求，并且對其進行分解然后協調各下游部門進行開發設計。在整個過程中，涉及電子電氣架構的定義、設計和交付的各種工程師必須平衡相互依賴的需求。下面從以下這些方面來聊一聊電子電氣架構設計。
01.
網絡拓撲
在定義拓撲時，首先是需要各控制器的接口人負責整理出功能清單，然后同一個域的會組織會議討論功能分配優化，網絡連接等，例如：
1.升級 ECU 以在一個或多個連接上支持更高波特率的網絡；
2.將二級網絡中控制器的功能移至域控制器，以支持更高級的功能實現；
同時不同域之間也會開會討論功能分配優化，看是否需要將功能劃到其他域中去。
從分布式架構到域控制器架構的過渡相對容易，這種升級通常僅是將部分分散于不同控制器的功能整合到一個控制器中(圖3)。這些通常在功能域內進行轉移，并進行適度更新以使其適應新車型。
展開 電子電氣架構設計需要考慮哪些方面？
圖1 上汽、廣汽、長城的中央計算平臺架構(來源網絡)
圖2 分布式架構與中央架構優缺點對比(來源九章智駕)
在設計電子電氣架構的過程中，一個關鍵的任務是基于整車需求分解出電氣/電子需求。整車需求包括機械、電氣/電子、軟件、熱學等。工程師需要從中提取電氣/電子方面需求，并且對其進行分解然后協調各下游部門進行開發設計。在整個過程中，涉及電子電氣架構的定義、設計和交付的各種工程師必須平衡相互依賴的需求。下面從以下這些方面來聊一聊電子電氣架構設計。
01.
網絡拓撲
在定義拓撲時，首先是需要各控制器的接口人負責整理出功能清單，然后同一個域的會組織會議討論功能分配優化，網絡連接等，例如：
1.升級 ECU 以在一個或多個連接上支持更高波特率的網絡；
2.將二級網絡中控制器的功能移至域控制器，以支持更高級的功能實現；
同時不同域之間也會開會討論功能分配優化，看是否需要將功能劃到其他域中去。
從分布式架構到域控制器架構的過渡相對容易，這種升級通常僅是將部分分散于不同控制器的功能整合到一個控制器中(圖3)。這些通常在功能域內進行轉移，并進行適度更新以使其適應新車型。再下一階段是將域控制器重組為更通用的計算單元，將大部分功能集中至通用計算單元，而二級或者三級網絡中的控制器僅作為執行器。區域控制器是根據車輛的物理布局將其余功能整合在一起。區域控制器的實施通常需要對軟件和供應商交互進行很大的更改，這對汽車制造商和供應商都是一個很大的挑戰。
圖3 網絡架構升級示意圖
02.
功能安全
在設計電子電氣架構時，ISO26262功能安全要求是必須的，分析首先是從整車層面進行功能安全分析，然后再分解到各個域，以及各控制器，如圖4所示。
展開 MADYMO在車身結構概念設計方面的應用
在車身開發早期階段，可以應用MADYMO多剛體車身模型 (Frame model)進行多種設計方案的對比，以便盡早發現并解決設計缺陷。在DV和PV階段，進行FE模擬。
對于現有車型，可以利用MADYMO Frame model發現車身結構存在的問題，尋找改進方案。
同時，由于MADYMO Frame model的計算效率明顯優于FE model, 可用于platform 車型的結構優化。由于技術保密等原因，很少有公開發表的論文。
MADYMO Frame model的缺點是：建模難度大、周期長。一般需要有經驗的工程師3個月的時間，才能建立一個validated frame model。
下文是韓國大宇的一篇論文，詳細介紹Frame model在Frontal impact中的應用。
1999-01-0072_MADYMO_frame_model.pdf
展開 ZEMAX光學設計：AR頭戴顯示光學系統在軍事方面的應用
相比VR光學技術，AR光學技術盡管在各個方面還有待改進，但就目前AR的發展來說，它重新定義了人類感知外界和與數字信息交互的方式，而且在未來的生活中，它可能會革新人類的生活方式。
軍事領域從一開始就推動著AR技術的發展，是AR頭顯的主要應用領域。例如，士兵可以借助增強現實技術在虛擬戰場上開展軍事演習、模擬作戰和協同訓練等，這不僅可以降低訓練風險和成本，還能大大提升軍事訓練效率；作戰時，部隊通過頭顯不僅可以觀察到真實作戰場景，還能實時掌握多維戰場信息，從而可以快速改變戰術和調整應對決策，提高作戰效率。
Ansys Zemax是一套綜合性的光學設計軟件，它提供先進的、且符合工業標準的分析、優化、公差分析功能，能夠快速準確的完成光學成像及照明設計。
咨詢與訂購方式
聯系人：光研科技南京有限公司徐保平
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