单片机控制的自动干手机.docx

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单片机控制的自动干手机

单片机控制的自动干手机

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

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

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。

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P3^4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（0.5～9Hz）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。

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。

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P3^4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-R3T1T2和C2C3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。

图2-2红外线发射电路

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。

（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。

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:

图3-2中断函数流程图

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。

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KeiluVision3MCS-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“sfrT2MOD=0xC9;”经过改正后系统达到了初步预期的结果。

在调试的时候发现红外感应误判的情况较严重。

经过修改程序，使新的程序能够对红外感应接收到的频率进行再次确认之后才进行相应的操作。

使得误判的情况基本消失。

4.3整体调试

整机调试主要是测试按键时候符合要求，接线时候正确等。

通过各个模块的、各个功能的测试并改进最终使得设计的系统达到预期的目的。

结论

本课题设计的自动感应干手器，硬件方面的主要设计在于主动式红外感应电路和单片机控制电路的设计和制作，然后用电吹风就能实现冷风和热风的功能了。

这样就能实现了一个自动干手器的设计。

本设计所制作的基于单片机控制的干手器能够实现自动识别人手的伸进与离开，在人手伸进干手机可工作范围内，干手机工作，手离开则立刻停止工作。

一次工作设定时间为15秒。

此时间可以通过硬件改变，最大30秒。

用数码管显示干手机设定的时间并在干手机工作时显示此次工作倒计时时间，当不工作时不显示任何时间。

使用选择开关选择输出冷风或热风，分别满足不同温度天气的使用。

参考文献

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高等教育出版社,2008

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机械工业出版社,2011

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高等教育出版社,2008

[4]胡学林.可编程控制器的应用技术[M].北京:

高等教育出版社,2009

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科学出版社,1999

[6]江秀汉.可编程序控制原理及应用.西安：

西安电子科技大学出版社,1998

[7]王红.可编程控制器使用教程.北京：

电子工业出版社,2002

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大庆石油学院,2008