PAGE 基于51单片机智能干手器设计 摘 要 我们平时在生活中都会洗手，追求一个卫生的目的，从小时候，父母、学校，都会教给我们洗干净手的方法，但是没有人教给我们洗完手之后如何让手变干，不要湿漉漉的，因为这样的一个问题一直不被人们所重视，很多人只觉得说洗干净就是干净了，所以我们日常洗手的效果就大打折扣了，由此说明，洗手干让手变干，是我们急切必须要格外注意的一个问题。对于自动干手器来说，除了因为他本身不仅仅可以使得手变干，还因为它具备更卫生、更人性化、更方便、更环保的特点，因而对比其他干手方式更能够受到大众的喜爱。 相对于纸巾、毛巾这些，自动干手器那就是很高档的工具了。目前来说，很多公共场所的洗手池旁边都配备有干手器，显而易见，自动干手器除了我们一眼看到的节能、环保，还很人性化，很方便使用。目前来说，如果我们去市面上购买一个干手器，很大情况下我们买到的事使用数字集成电路和５５５时基电路。但是这种机器的工作状态不是很稳定，因为它采用太多分立元件，这样一来彼此间的电磁干扰会大很多，一旦机器运转不稳定，那人性化这方面就不用提了。对这个设计来说，是使用５１单片机去进行一个相对智能的控制操作，尽可能的避开上述不完美的地方。通过采用５１单片机和红外光电传感器设计的干手器，它可以智能地感应到人的手掌是在还是已经离开，然后我们还能够最终靠按键，去切换选择输出冷风或热风，分别满足多种温度天气的使用。 该设计方案除了应该要具备的可行性以外，还具有一定的市场前景。通过进行这个课题的研究，把自己所学的专业知识应用到实际的操作中去，进一步巩固自己所学的知识。 关键词：单片机，光电红外传感器，继电器 Abstract We all have to wash your hands at ordinary times in life, the pursuit of the purpose of a health, since the childhood, parents, schools, will teach the way we wash hands, but no one can teach us how to make the hand dry after washing hands, dont wet, because this problem has not been paid great attention by people, a lot of people think only clean is clean, so we can sell at a discount greatly, the effects of hand washing daily so, wash your hands dry dry hand, is a problem we are desperately in need of attention. For automatic hand dryer, it can not only make the hand dry, but also because it is more sanitary, more humane, more convenient and more environmentally friendly. Therefore, compared with other hand drying methods, it is more popular among the public. Relative to paper towels, towels, automatic hand dryer that is a very high-end tool. At present, many public places are equipped with hand dryer next to the sink, obviously, automatic hand dryer in addition to the energy saving, environmental protection, but also very humane, very convenient to use. At the moment, if we go out and buy a hand dryer, a lot of what we buy USES digital integrated circuits and 555 base circuits. But the working state of this machine is not very stable, because it USES too many discrete components, so there will be a lot of electromagnetic interference between each other, once the machine is not stable, then the human side is not to mention. For this design, is the use of 51 single-chip microcomputer to a relatively intelligent control operation, as far as possible to avoid the above imperfect place. Through the use of 51 single-chip microcomputer and infrared photoelectric sensor design of the hand dryer, it can be smart to sense the palm of the person is in or has left, and then we can also press the button to switch to choose the output of cold or hot air, respectively, to meet the use of different temperature weather. In addition to the feasibility of this design scheme, it also has a certain market prospect. Through the research of this subject, I will apply my professional knowledge to practical operation to further consolidate my knowledge. Key words: single chip microcomputer，Photoelectric infrared sensor，relay目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 1 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 课题研究的目的和意义 1 1.3 课题研究内容 1 2 方案论证 1 2.1 方案一 1 2.2 方案二 1 2.3 系统方案对比论证 2 3 硬件电路 1 3.1 硬件电路的设计原理 1 3.2 硬件设计的系统框图 1 3.3 硬件电路的芯片介绍 1 3.3.1 STC89C51的介绍 1 3.3.2 光电开关 6 3.3.3继电器 7 3.4主要电路组成 8 3.4.1 晶振电路 8 3.4.2 复位电路 9 3.4.2继电器电路 10 3.4.3 光电传感器电路 11 4 软件设计 12 4.1 软件设计介绍 12 4.2 主程序的设计 12 5系统制作及调试 12 5.1 系统制作 13 5.2 硬件调试 13 5.3 软件调试 13 5.4整机测试 14 结论 15 参 考 文 献 16 致 谢 17 附录A 单片机控制原理图 19 附录B 原件清单 20 附录C AT89C52介绍 21 附录E AT89C51封装形式 27 附录F 部分程序代码 28 PAGE 32 PAGE 1 1 绪论 1.1 课题背景 我们平时在生活中都会洗手，追求一个卫生的目的，从小时候，父母、学校，都会教给我们洗干净手的方法，但是没有人教给我们洗完手之后如何让手变干，不要湿漉漉的，因为这个问题一直不被人们所重视，很多人只觉得说洗干净就是干净了，所以我们日常洗手的效果就大打折扣了，由此说明，洗手干让手变干，是我们急切需要注意的一个问题。英国的一项新研究表明，通过选择一个正确的方法去让手变干，能够有效防止手上残留细菌传播与繁殖。使用正确的干手方式，对手上细菌的生长控制起着很大的作用。据调查，在采用纸巾、及其他工具这些方法里面，最能防止细菌扩散的是使用干手器。所以，研究制作出符合市场需求的干手器，对提高人们的生活质量这一方面来说，是具有一定积极的意义。 用51单片机和红外光电传感器设计的干手器能够自动感应人手的靠近和离开，通过按键切换选择输出的是冷风还是热风，以此达到满足不一样的温度天气的使用需求。 1.2 课题研究的目的和意义 众所周知，21世纪人们最关心的话题之一是卫生和环保。因此，设计制造出符合市场所需要的环保节能产品，对于提高人民的生活品质这方面来说，有着积极意义。为了能够有效地防止人们洗手之后细菌的再次扩散，我们非常需要具有人性化与智能化的产品来干手。 1.3 课题研究内容 本次设计采用单片机作为核心部件，将人体的手掌发出的信号，用红外感应这个部件去检测出来。人体发出的信号，既是手掌，被单片机检测到了之后，下一步就是让单片机去调节整个运转时间，发出运转指令，包括控制电吹风的开关，通过利用去让继电器闭合，风扇一旦启用了，干手的功能就可以实现了。做出来的成果具有以下两个功能：(1)能够做到自动识别到人的手掌的靠近与离开，在人手伸进干手可工作范围内，干手机工作，定时时间15秒。（2）冷热风通过按键切换，并有指示灯指示，分别满足多种季节不一样的温度高低以及不同用户的需求。 2 方案论证 2.1 方案一 对于方案一，我们是采用了跟下图2.1一样的一个电路设计。整个电路的运转的实现我们应该使用到一个红外传感器。在红外传感器发现我们人体的手掌之后，它自身发射出来的一个红外线脉冲就会被我们的手掌挡住，反射回去。反射回去之后，红外接收管会在下面去接，接到了之后，被反射回来的脉冲就会被转换成为电信号。然后电信号会被运放进行一个信号放大的操作，那么就有一个方波信号产生【5】。我们将方波信号送到I/O口，就能开始对人体手掌的信号做采集。前面的流程能够把人体手掌信号识别到之后，才能进入下面的步骤，我们利用控制继电器去控制整个运行。 液晶显示用光电开关来检测物体信号 液晶显示 用光电开关来 检测物体信号 STC89C51 经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关冷热控制按键 经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关 冷热控制按键 图2.1 方案一电路框图 2.2 方案二 如图2.2的电路图所示，使用基于热释的电传感器处理的芯片BISS0001和能够感知人体热能的探头，共同创建一个基于红外射线】。一旦某个人的身体中的一部分闯入到传感器（PIR）的感知探测范围区域以内，PIR便能够将感应到的由人体辐射出的红外信 号转换成较低频率（0.5~9Hz）电信号，将此时已经传唤完成的信号再重新传输至BISS0001内部的输入端（14脚），输入的电信号中 可能比较微弱，甚至存在一些其它信号，需经过运算放大器进行进一步的扩大，过滤掉里面的杂乱信号，等信息处理后完成后，最后 由BISS0001内部的输出端（2脚）输出控制信号，信号便由原来人体辐射的红外信号转换成有一定延时的高电平控制信号。其次，因 为人体信号也十分重要，我们可根据自身的需求将高电平信号导入到特定的单片机端口，这一做法也能够达到采集信号的作用。日常生活中 常用的干手器就是使用的上文所说的这种信号转变原理。这个原理通俗说，就是人的手掌被检测到，单片机就会有相应的动作，用软件来让继电器可以人为选择一个闭合状态，这样一来，电吹风是开还是关也能控制，那么设计的目的就能够达到。 STC89C51 STC89C51 用人体热释探头来检测人体信号数码管显示 用人体热释探头来检测人体信号 数码管显示 时间控制按键经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关 时间控制按键 经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关 图2.2 方案二电路框图 2.3 系统方案对比论证 从上面讲述的两个方案中，很容易看出，方案一电路最简单，系统的一个稳定性高，契合设计的要求。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、稳定性高的特点。 3 硬件电路 3.1 硬件电路的设计原理 一个所谓的硬件电路是由几个电路组成的。这个设计使用STC89C51单片机去完成总系统的一个控制流程，使用红外传感器去实现人体信号的一个采集步骤。当把手伸到干手器下面被检测到的时候，红外线脉冲，既是由传感器发出的，就会被挡回去，之后会被收了又给变成为电信号，电信号进行信号放大后，变成的方波信号被送至单片机I/O口，进一步实现对人体信号的采集【9】。检测到人体信号后，然后经过控制继电器的一个闭合，得以对应去操作风尚的开关启动，风一吹出来，就能够达到我们应该的让手变干的目的。 3.2 硬件设计的系统框图 系统的主要设计框图如图3.1所示。 红外传感器检验测试人体信号STC89C51 红外传感器检验测试人体信号 STC89C51 液晶显示 液晶显示 冷热切换按键经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关 冷热切换按键 经过控制继电器闭合来控制冷热负载开关 图3.1主要的系统框图 3.3 硬件电路的芯片介绍 3.3.1 STC89C51的介绍 CMOS8位的微控制器其中一种STC89C51，其具备有能量消耗少、工作性能好，以及可在系统编程Flash存储器中储存等优点。，另一方面在单芯片上，同时又具备操作灵巧的8 位CPU 和可在系统编写代码的Flash储存器，因为这些特点，STC89C51普遍的应用在绝大部分嵌入式控制应用系统，为以往的难题提供了高度灵活、十分有效的解决方案。 用户根据要选择使用的模式。STC89C51具备2种软件模式，包括节电模式和正常模式，在特殊情况下，甚至可降至0Hz 静态逻辑操作。在未使用模式下，系统会自动发送指令给CPU ，使其停止工作进而达到保存电量的目的， 但其它元件仍然会继续工作。而在没有接入电源的保护模式中，RAM元件中存在的有效信息能够被保存下了，但振荡器只能冻结而不可以使用，单片机的所有操作环节都会停下【8】。STC89C51基本功能如表3.1所示，引脚及其数量和功能如表3.2所示，数据查询方式如表3.3所示，编程方法如表3.4所示，节电方式如表3.5所示 表3.1 STC89C51基本功能 基本功能特性 兼容MCS51指令系统 4K可反复擦写Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit内部RAM 2个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 表3.2 STC89C51引脚介绍 引脚名称 数量 具体功能 主电源引脚 2根 VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源 GND(Pin20)：接地线)：片内振荡电路的输入端 XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端 控制引脚 4根 RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号 PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号 EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。 可编程输入/输出引脚 32根 P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线位准双向I/O口线位准双向I/O口线位准双向I/O口线 数据查询方式 Ready/Busy 字节编程的进度可通过“RDY/BsY输出信号监测，编程期间，ALE变为高电平“H”后，P3.4 (RDY/BSY) 端电平被拉低．表示正在编程状态吸忙状态）。 编程 完成后，P3.4 变为高电平表示准备就绪状态。 程序校脸 如果加密位LB1 、LB2 不进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据，采用如图12的电路。加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证。 芯片擦除 利用控制信号的正确组合（表6）并保持ALE/PROG引脚10ms的低电平脉冲宽度即可将PEROM 阵列(4k字节）和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入“1，这步骤需再编程之前进行。 读片内签名字节 AT89C52单片机内有3个签名字节，地址为030H 、03lH 和032H 。用于声明该器件的厂商、型号和编程电帐。读AT89C52签名字节需将P3.6 和P3.7置逻辑低电平，读签名字竹的过程和单元030H、031H及032H 的正常 校验相仿。 表3.4 编程方式 ?1 在地址线上加上要编程单元的地址信号。 ?2 在数据线上加上要写入的数据字节。 ?3 激活相应的控制信号。 在高电什编程方式时，将EA/Vpp 端加上十12V 编程电压。 ?4 ?5 每对FLASH存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上一个ALE/PROG编程 脉冲。每个字竹写入周期是自身定时的，通常约为1.5ms.重复1-5步骤．改变编程单元的地址和写入的数据，直到全部文件编程结束 表3.5 两种节电模式 空闲省电模式 在空闲工作模式状态，CPU自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，这种方式由软件产生。此时，同时将片内RAM和所有特殊功能寄存器的内容冻结．空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲状态只需两个机器周期有效复位信号，在此状态下，片内硬件禁止访问内部RAM，但可以访问端口引脚，当用复位终止空闲方式时，为避免可能对端口产生意外写入，激活空闲模式的那条指令后一条指令不应是一条对端口或外部存储器的写入指令。 掉电模式 在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内RAM和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位，复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变RAM 中的内容，在Vcc恢复到正常工作电平前，复位应无效，且一定要保持一段时间以使振荡器重启动并稳定工作。空闲和掉电模式下，各端口引脚状态如下表所示。 使用STC89C51这么一种芯片去构成最小系统是比较可靠、简单的，因为这种芯片是片内具有ROM/EPROM的单片机。如果我们要用STC89C52去建造一个最小的应用系统的时候，那么我们只要去将单片机接上一个复位电路还有一个时钟电路就可以了做到了【7】。结构如图3.3所示。 时钟电路 时钟电路 复位电路

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