片机控制的自动干手机.doc

编号：_ 商丘工学院 毕业论文（设计） 题 目: 单片机控制的自动干手机 系 别 机械工程学院 专 业 机电一体化 学生姓名 郝士举 学 号 4210050625 成 绩 指导教师 李 飙 2013 年 04 月 I 摘 要 自动干手器是一种高档卫生洁具，广泛应用于宾馆酒店、机场车站、体育场馆等公 共场所的洗手间。其工作原理只是采用一种红外线控制的电子开关，当有人手伸过来时， 红外线开关将电热吹风机自动打开，人离开时又自动将吹风机关闭。成品的自动干手器 将红外线控制开关和电热吹风机制作为一体，根据这个基本原理，用一只普通的电热吹 风机，加装一个红外控制开关，就可组成一个自动千手器，其效果与成品自动干手器是 一样的。 它是由红外线发射电路，红外线接收电路，时间延迟电路，自动干手器开关电路和 电源电路五部分构成的。 当输出端 Q 输出低电平时，三极管截止，无电流通过。继电器连接 T1的集电极，当 有电流驱动时，开关吸合，电磁阀通电，吹风机吹出热风；当无电流驱动时，开关断开， 电磁阀不通电，吹风机不吹出热风，同时在继电器两端并联一个二极管实现保护。同时 电路中加入发光二极管 D3作为显示电路，显示吹风机是否启动。 这样输出电路端 Q 产生脉冲信号来控制红外线发光二极管发射光脉冲，二极管 D1起 保护红外发光二极管的作用。 关键字:红外线发射器; ; 时间延迟电路; ; 电源电路 II 目 录 前 言 1 第一章 方案论证 2 1.1 方案一.2 1.2 方案二.2 1.3 系统方案对比论证 .3 第二章 硬件电路 4 2.1 硬件电路的设计原理.4 2.2 硬件设计的系统框图.4 2.2.1 红外对管.4 2.2.2 自动干手器的基本组成.6 第三章 软件设计 8 3.1 主程序的设计.8 3.2 定时中断程序的设计.8 3.3 功能的实现及用途10 第四章 系统制作与调试 .11 4.1 系统与电路板的制作11 4.2 硬件与软件的调试11 4.3 整体调试12 结 论 .13 参考文献 .14 商丘工学院毕业论文(设计) 1 前 言 自动干手器是一种高档卫生洁具，广泛应用于学校、机场车站、宾馆酒店、体育场 等公共场所的洗手间。当洗手后，将双手伸在自动干手器的出风口下，自动干手器会自 动送出舒适的冷风或者热风，迅速使你的双手去湿吹干，而当你把手一离开自动干手器 的吹风口时它又自动停风关机，可达到不要毛巾擦干手上水分和防止疾病交叉感染的要 求。市场上的自动干手器的控制电路大多使用 555 时基电路和数字集成电路。由于采用 电阻，电容等分立元件较多。电磁干扰较强。工作不稳定。本设计采用单片机进行电路 控制，克服了以上缺点。而且用单片机和红外感应设计的干手器还具有实现烘手时间可 调、能够显示干手器的倒计时间等具有人性化的功能。 单片机控制的自动干手机 2 第一章 方案论证 1.1 方案一 采用如图 1-1 的电路框图，红外感应模块用红外对管来实现。由单片机产生 4000HZ 的方波信号，驱动红外发射管向下发射红外线脉冲。当有手伸到干手器下面时， 发射的红外线脉冲被反射回来，由红外接收管接收并转换为电信号，电信号经运放进行 信号放大后得到的方波信号送至单片机 P34 端口，从而实现对人体信号的采集。当单 片机检测到人体信号后，通过软件来控制数码管显示倒计时间，并控制继电器闭合来控 制电吹风的开关来实现干手器的设计。 图 1-1 方案一电路框图 1.2 方案二 采用如图 1-2 的电路图，红外感应模块用热释电传感器处理芯片 BIS0001 和人体热 释探头来实现，当有行人进入热释电红外传感器(PIR)的探测区内时，PIR 便将检测到 的人体辐射出的红外信号转换为低频(0.59Hz)电信号，加至 BISS0001 的运算放大器 的输入端(14 脚)，经放大、滤波和信息处理后，在其输出端（2 脚）输出有一定延时的 高电平控制信号。将得到的高电平信号输入单片机端口，也可以实现对人体信号的采集。 当单片机检测到人体信号后，通过软件来控制数码管显示倒计时间，并控制继电器闭合 来控制电吹风的开关来实现干手器的设计。 AT89S52 数码管显示 时间控制按键 用红外对管来 检测物体信号 通过控制继电 器闭合来控制 电吹风开关 商丘工学院毕业论文(设计) 3 图 1-2 方案二电路框图 1.3 系统方案对比论证 从以上的两个方案中，很容易看出，方案一电路简单，系统稳定性好，符合设计的 要求。方案二电路复杂，输出的信号有延时，而且感应人体信号时并不是很稳定。所以， 综合考虑选择方案一，这样设计的自动干手器具有成本低、稳定性好的特点。 AT89S52 数码管显示 时间控制按键 用人体热释探 头来检测人体 信号 通过控制继电 器闭合来控制 电吹风开关 单片机控制的自动干手机 4 第二章 硬件电路 2.1 硬件电路的设计原理 硬件电路主要由晶振电路、复位电路、数码管显示电路、继电器电路、红外感应电 路和电吹风电路组成。本设计采用 AT89S52 单片机完成整个系统的控制流程。 ，红外感 应模块用红外对管来实现人体信号的采集。由单片机产生 4000HZ 的方波信号，驱动红 外发射管向下发射红外线脉冲。当有手伸到干手器下面时，发射的红外线脉冲被反射回 来，由红外接收管接收并转换为电信号，得到的电信号经过运放进行信号放大后得到的 方波信号送至单片机 P34 端口，从而实现对人体信号的采集。当单片机检测到人体信 号后，通过软件来控制数码管来显示倒计时间，并控制继电器闭合来控制电吹风的开关 来实现干手器的设计。 2.2 硬件设计的系统框图 系统的主要设计框图如图 2-1 所示。 图 2-1 硬件设计的系统框图 2.2.1 红外对管 红外对管是红外线发射管与红外接收管配合在一起使用时候的总称。红外线发射 管在 LED 封装行业中主要有三个常用的波段，如下850NM、875NM、940NM。红外线 接发射电路（如图 2-2）该电路的核心器件是红外线发光二极管 SE303。红外线发光二 极管由 GaAs 的 PN 结构成，其发光波段处于可见光波段之外，因此不能在显示中使用一 AT89S52 数码管显示 时间控制按键 用红外对管来 检测人体信号 通过控制继电 器闭合来控制 电吹风开关 商丘工学院毕业论文(设计) 5 般作为光信号传输之用。本电路的感应装置一般要求不可见，因此采用红外线发光二极 管作为感应装置。红外线接接受电路（如图 2-3）该电路包含两个部分：一是红外线接 收电路，二是信号放大电路。红外线接收电路实际上就是一个硅光电池 2CR21.硅光电 池的原路是通过硅 PN 结的光伏效应，使其具有按照光信号强度产生出对应电信号的特 性，这称为光敏器件硅光电池的输出特性分为恒流区和恒压区，既其短路电流与光强成 正比，其开路的电压随光强按指数规律硅光电池 2CR21 的输出信号是一个十分微弱的信 号，为了使后续电路能够对光强信号进行处理，因此需要加入信号放大电路。图 2-3 所 示电路为信号放大电路。该电路是由电阻 R1-R3 T1 T2 和 C2 C3构成。电路中采用了双 三极管构成放大电路，这样就可以使得电路的放大倍数比单管放大倍数增加倍，从而得 到更合适的信号。R2和 R3为放大电路的集电极偏置电阻，C2和 C3为放大电路滤波电容。 R1为放大电路反馈电阻，其功能是保证放大电路有一个稳定的静态工作点和稳定的输出 电压 V。 SE303 C2 0.01F C1 100nF R1 220k R3 1k D1 R2 22k 2 7 64 3 5 8 1 12V R Q Vcc THR DIS TRIEND U1 NE555 + 图 2-2 红外线发射电路 单片机控制的自动干手机 6 T1 C4 22nF C2 22nF R6 4k R7 4k R5 4k R4 300 2C1R2 T2 R? RES3 12V + + 图 2-3 红外线接收电路 2.2.2 自动干手器的基本组成 （1）晶振电路 晶振振荡器，在单片机系统里晶振的作用非常大，它结合单片机内部的电路，产生 单片机所必须的时钟频率，单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的，晶振提 供的时钟频率越高，那单片机的运行速度也就越快。晶振的作用是为系统提供基本的时 钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射 频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 （2）复位电路 复位操作完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。 当AT89S52单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。 如果RST持续为高电平，则单片机就处于循环复位状态而违法执行程序。因此要求复 位后能够脱离复位状态。 商丘工学院毕业论文(设计) 7 （3）继电器电路 当单片机检测到信号输入时，单片机输出一个高电平使得继电器中的线圈两端得 到一个电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸 引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触 点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回 原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达 到了在电路中的导通、切断的目的。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、 切断的目的。 （4）红外感应电路 红外线感应单片机产生 4000HZ 的方波信号，驱动红外发射管发射红外线脉冲。 当有手伸到干手器下面时，发射的红外线脉冲被反射回来，由红外接收管接收并转换 为电信号，电信号经运放进行信号放大后得到的方波信号送至单片机，从而实现对人 体信号的采集。 单片机控制的自动干手机 8 第三章 软件设计 3.1 主程序的设计 程序的主函数中包含方波初始化和红外频率检测初始化程序，并根据标志位 Flag 的状态来执行显示倒计时、设置时间和按键的操作。主程序的流程图如图 3-1 所示： 图 3-1 主程序流程图 3.2 定时中断程序的设计 中断流程图如图 3-2 所示: 开开始始 方方波波初初始始化化 红红外外频频率率检检测测初初始始化化 Flag=RUNNING Flag=SETTIME 获获得得按按键键值值key Key=1 Key=2 显显示示倒倒计计时时 显显示示设设置置时时间间 No No NO Yes Yes 设设置置时时间间减减 设设置置时时间间加加 YES YES NO 商丘工学院毕业论文(设计) 9 图 3-2 中断函数流程图 中中断断入入口口 F Fl la ag g= = =R RU UN NN NI IN NG G F Fl la ag g= = =I IN NV VE ER RI IF FY Y F Fl la ag g= = =S SE ET TI IN NG GT TI IM ME E 计计数数值值加加一一 倒倒计计时时结结束束 停停止止吹吹风风 计计数数值值加加一一 c ct tr rl lc co ou un nt t+ + +; ; 确确认认时时间间到到 F Fl la ag g= =H HA AV VE E_ _I IN NV VE ER RI IF FY Y Y Ye es s Y Ye es s N No o N No o Y Ye es s Y Ye es s N NO O 计计数数值值加加一一 显显示示时时间间到到 Y Ye es s 停停止止显显示示设设置置时时间间 判判断断是是否否有有物物体体 N No o F Fl la ag g= = =S ST TA AR RT T F Fl la ag g= = =H HA AV VE E_ _I IN NV VE ER RI IF FY Y F Fl la ag g= =I IN NV VE ER RI IF FY Y Y Ye es s Y Ye es s 开开吹吹风风 Y Ye es s N No o c ct tr rl lc co ou un nt t= = =0 0 停停止止吹吹风风 c ct tr rl lc co ou un nt t- - - N No o Y Ye es s N No o 频频率率计计数数清清零零 重重载载定定时时值值 开开定定时时器器 N No o 退退出出中中断断 单片机控制的自动干手机 10 3.3 功能的实现及用途 单片机设计自动干手器电路，能自动识别人手的伸进与离开，可自动计数，人手与 干手器间隔距离及烘干时间均可调节。1、当人手伸至于手器下方可工作的范围内，干 手器工作，手离开，则立即停止工作干手机最多工作时间为 15S。 光电自动干手器取代毛巾，对手部进行干燥。光电自动干手器具有节能、环保、安 全的优点，又解决了普通干手器风速小、功耗大和安装不便的缺点。由于高安全、高节 能、寿命长等诸多优点，以及可以有效的解决目前国内有关部门对节约能源、环保、安 全等各方面较棘手问题，而日益受到社会各方面的广泛关注。并且逐步进入到市场，市 场前景一片看好。 商丘工学院毕业论文(设计) 11 第四章 系统制作与调试 4.1 系统与电路板的制作 （1）单片机系统的应用开发可分为以下四个过程： 1）硬件系统设计调试。如电路设计、PCB 印制板绘制等。 2）应用程序的设计。如程序的构思、用软件编写等。 3）应用程序的调试。对硬件进行在线调试，在调试中不断修改、完善硬件及软件。 4）系统脱机运行检查。进行全面检查，针对出现的问题修正硬件、软件或总体设 计方案。 （2）电路板的制作 电路设计好以后，需要用画图软件对电路图经行设计。PCB 板的设计也是一个十分 重要的内容，在画图中器件的布局要合理，围绕核心元件布局，考虑实际的元件连接， 那样设计的电路图才较美观。电路线条的大小要注意，过小的线条腐蚀的时候容易被腐 蚀掉。自己第一次画图的时候没有注意焊盘的大小，导致钻孔之后得到的电路板焊接情 况不理想。经过改进后得到理想的电路板。 4.2 硬件与软件的调试 （1）硬件调试 在制作完硬件后，我根据设计的步骤要求我对自己的硬件电路板进行了调试工作， 首先是检测器件的好坏，是否正常工作，导线是否导通等。具体的实现方法是先检测电 容、电阻及导线是否短接，采用的工具是万用表。在测试的时候发现红外感应电路中的 运放器 LM358 没有工作，经检查是地线没有接好。接着检查各个引脚的信号，给电路接 通电源，大概用手摸一下元器件是否发热，有的话，关掉电源，进行再次检测；没有的 话，则测试所有芯片的 VCC 端电压是否达到要求，接地端是否都接地，无误后，则开始 单片机控制的自动干手机 12 对电路中所用到的引脚进行信号波形测试，所使用的工具最好是示波器。在测试中发现 红外感应输出的波形不甚理想，经检查是输入方波信号经过电容后波形会上漂，所以在 电路中增加了一个上拉电阻，使得输出的波形达到理想状态。最后进行联机调试。调试 的时候，采用的是也是部分调试。原来测试的时候能够检测到单片机，但是再次检测时 发现电脑检测不到单片机。将检查发现单片机和下载线都没有问题。最后经过逐步排查 发现是晶振坏了，通过换好的晶振使得单片机正常工作。 （2）软件调试 本设计系统的控制程序是采用 C51 语言编程，编程所采用的软件是 Keil uVision3 MCS-51 编程软件。关于单片机 C 语言软件调试，在语句中出现的语法错误，该软件会 提示出来，以便于更正。因此，软件调试主要的工作是检查头文件是否正确，是否与单 片机的端口地址相匹配。其次，就是检查初始化程序的正确性，根据设计的要求定义正 确的初始化程序，为后面程序的执行做好铺垫作用。然后就是根据软件实现步骤逐个检 查程序的可行性，以及程序的嵌套性是否都能达到设计的要求。在编译的过程中发现软 件找不到 T2 定时器，经过多次检查是自己漏写了头文件“sfr T2MOD = 0xC9;”经过 改正后系统达到了初步预期的结果