畢業論文-基于at89s52單片機控制的新型多功能搖籃自動搖動控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 傳感器在片內可完成信號的調整，且精度高，線性好。但價格較高。 ⑵ 在一塊電路板緊密鍍兩塊錫分別作為 濕度檢測電路的兩極 ， 如圖 9所示， 錫成條狀相互嵌套但不連通 。 若嬰兒尿床， 濕度檢測電路兩極 電阻由無窮大降低為幾十歐姆，可利用此性質，通過電阻分壓使得電平變化完成尿床檢測功能。 圖 9 濕度檢測電路 因為本文的濕度檢測電路僅要求模塊在嬰兒尿床時能夠感應到即可，并不要求有很高的精度，也不要求辨別濕度的具體數值，方案二完全可以滿足本設計的要求。而且，原理簡單，易于實現，相對于 集成濕度傳感器 IH3605成本更低。 嬰兒體溫檢測電路 嬰兒體溫的測量采用溫度傳感器 DS18B20，采集到的溫度傳給單片機并在液晶屏上顯示出來，以方便父母了解嬰兒體溫。當傳感器采集到的溫度超出設定范圍（即嬰 兒發燒）時，系統發出報警信號。 DS18B20 簡介 DS18B20是美國 DALLAS半導體公司繼 DS1820之后推出的一種改進型單總線數字式溫度傳感器 ,它具有結構簡單、操作靈活、無須外接電路的優點。在使用過程中 ,信息經過單線接口輸入輸出，因此從處理器到 DS18B20僅需一根 I/O數據線。讀、寫和完成溫度變換所需的電源可以由數據線本身提供，而不需要外部電源 ,并可由用戶設置溫度報警界限。它被廣泛應用于精密儀器間、存儲倉庫等需要測量和控制溫度的地方。 DS18B20 的內部結構見圖 10。它主要由 4 部分組成 : 64 位 ROM、溫度傳感器、非揮發的溫度 報警 觸發器 TH 和 TL、配置寄存器。 圖 10 DS18B20 的內部結構 DS18B20 數字溫度傳感器是單總線器件，具有線路簡單，體積小的特點。因此用它來組成一個測溫系統，具有線路簡單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數字溫度計，十分方便。 DS18B20的引腳介紹如下： TO－ 92封裝的 DS18B20 的 引腳排列見圖 11，其引腳功能描述見表 1。 3 2 1 圖 11 DS18B20 的引腳排列 其中 ,DQ 為數字信號輸入 /輸出端； GND 為電源地； Vdd 為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線方式時接地 )。 表 1 DS18B20 詳細引腳功能描述 序號 名稱 引腳功能描述 1 GND 地信號 2 DQ 數據輸入 /輸出引腳。開漏單總線接口引腳。當被用 著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。 3 Vdd 可選擇的 VDD引腳。當工作于寄生電源時，此引腳必須接地。 DS18B20 溫度傳感器 的特點如下： ① 獨特 的單線接口方式。 DS18B20 與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與 DS18B20 的雙向通信。 ② 在使用中不需要任何外圍元件。 ③ 可用數據線供電，電壓范圍為 +～ +。 ④ 測溫范圍為 55～ +125℃ 。固有測溫分辨 率為 ℃ 。 ⑤ 通過編程可實現 9～ 12位的數字讀數方式。最高測溫精讀可達 ℃ 。最大轉換時間為 200ms。 ⑥ 用戶可自設定非易失性的報警上下限值。 ⑦ 支持多點組網功能。多個 DS18B20 可以并聯在唯一的 3 線上，實現多點測溫。 ⑧ 負壓特性。電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀，但不能正常工作。 人機交互模塊 人機交互模塊的任務是：通過按鍵預置搖籃搖晃的定時時間， LCD 顯示器 顯示嬰兒體溫狀態和定時時間、尿床報警等。在此本文選用 LCD1602液晶顯示屏和定時設置按鍵組成。 LCD 顯示電路 液晶顯示模塊因其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優點，在通訊、儀器儀表、電子設備、家用電器等低功耗應用系統中得到越來越廣泛的應用。字符型液晶是一種用 5*7點陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據顯示的容量可以分為 1行 16個字、 2行 16個字、 2行 20個字等，最常用的為 2行 16個字， LCD1602即是一款應用廣泛的 2行 16個字的字符型液晶顯示模塊。 表 2 1602 引腳定義 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 Vss 電源地 2 Vcc 電源 （ +5V） 3 Vc 對比調整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指令 1=輸入數據 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD寫入指令或數據 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,1→ 0 輸入 使能信號， 1 時讀取信息， 1→0 （下降沿）執行指令 7 DB0 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line0（最低位） 8 DB1 0/1 輸入 /輸 出 數據總線 line1 9 DB2 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line2 10 DB3 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line3 11 DB4 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line4 12 DB5 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line5 13 DB6 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line6 14 DB7 0/1 輸入 /輸出 數據總線 line7（最高位） 15 BL0 +Vcc LCD 背光電源正極 16 BL1 接地 LCD 背光電源負極 1602 采用標準的 16 腳接口，上表 2 為其引腳定義。 1602 與單片機的連接如圖 12所示： 圖 12 1602 與單片機連接電路 1602 液晶模塊內帶標準字符庫，內部的字符發生存儲器（ CGROM）已經存儲了192 個 5*7 點陣字符， 32 個 5*10 點陣字符。另外還有字符生成 RAM（ CGRAM） 512 字節，供用戶自定義字符。如圖 13 所示，這些字符有：阿拉伯數字、英文字 母 的 大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H） ，顯示時模塊把地址 41H 中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A” 。 下面是 1602 液晶模塊的一些主要技術參數： ⑴ 邏輯工作電壓 （ VDD）： +～ +； ⑵ LCD 驅動電壓 （ VDDVL）： +～ +； ⑶ 工作溫度 （ Ta）： 0～ 60℃ （常溫） /20～ 75℃ （寬溫）； ⑷ 工作電流： ； ⑸ 屏幕視域尺寸： *。 搖籃系統 啟 動 以 后 ， LCD 的 第 一 行 顯 示 的 是 默 認 定 時 擺 動 時 間“ 10:00”，第二行顯示的是當前嬰兒的體溫，例如嬰兒當前的體溫是176。 C,那么 LCD的第二行就會顯示“ 176。 C”。在定時設置工作狀態下，第一行顯示的是所設定的擺動時間；當嬰兒尿床時，在報警的同時，液晶屏第二行溫度顯示后面會顯示“ WET”字樣，以表明嬰兒尿床的狀態。 圖 13 CGROM 中字符碼與字符字模關系對照表 定時設置電路 鍵盤輸入控制電路主要是用于設置定時時間 ,即定時設置電路，從而實現人機交互。該系統的鍵盤設計是采用掃描方式實現的矩陣鍵盤。鍵盤的列線通過上拉電阻將管腳拉高 ,這樣在沒有按鍵按下的情況下 ,管腳電平為高電平 ,如果有按鍵按下 ,則相應的列線管腳為低電平 ,從而觸發中斷進入中斷服務程序 ,進而獲得輸入的數據。 鍵盤共有四個按鍵 ,按鍵 S1 用來確定定時操作，用于確定定時操作的開始和結束；按鍵 S2 和 S3 分別 用來對定時時間進行加 1 和減 1 操作；按鍵 S4 用來取消定時，此時搖籃啟動后將一直擺動。定時設置電路如圖 14 所示： 圖 14 定時設置電路 電機驅動電路 電機驅動電路如圖 15所示，由于 AT89S52單片機管腳最大直流輸出電流為 15mA，不足以驅動電機，為了獲得較大的驅動電流，在單片機引腳和電機驅動引腳之間接入一個三極管，串聯一個電阻，三極管基極接單片機，集電極接地，發射極驅動電機，構成共集電極放大電路，來放大單片機輸出的電流。本文采用的 三極管 8550 是一種低電壓 ， 大電流 ， 小信號的 PNP 型硅三極管 ，放大系數約為 150，放大后的電機驅動電流可達到 2A左右。在電機的正負引腳間反串一個二極管，用來保護三極管。 圖 15 電機驅動電路 報警電路 報警電路由單片機驅動蜂鳴器組成，與電機驅動電路類似，如圖 16 所示，同樣采用三極管 8550構成電流放大電路，驅動蜂鳴器。當單片機的 P2^7引腳輸出電平時，三極管導通，蜂鳴器鳴叫發出報警信號。另外，蜂鳴器不僅用于報警，還用來在搖籃擺動時播放催眠曲。這個功能通過軟件來實現，在音樂播放標 志位 musicflag=1時，調用樂曲程序，就可以利用蜂鳴器播放音樂，達到輔助催眠的作用。 圖 16 報警電路 主控單片機 系統的主控部分采用單片機 AT89S52。 89S52 單片機內部資源豐富，足可以完成所需功能。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K在系統可編程 Flash 存儲器，典型的結構如圖 17 所示。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業 80C51產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單 芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 可降至 0Hz 靜態邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續工作。掉電保護方式下， RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 圖 17 單片機內部結構框圖 AT89S52 具有以下標準功能： 8k 字節 Flash， 256 字節 RAM， 32位 I/O 口線，看門狗定時器， 2個數據指針，三個 16 位定時器 /計數器，一個 6 向量 2級中斷結構，全雙 工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 具有如下特點： 40個引腳， 8k Bytes Flash片內程序存儲器， 256 bytes的隨機存取數據存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優先級 2 層中斷嵌套中斷， 2 個 16 位可編程定時計數器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內時鐘振蕩器。圖 18為 AT89S52 單片機的引腳圖。 圖 18 AT89S52 引腳圖 按照功能， AT89S52 的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能 I/O口、控制和復位等。 AT89S52 共有四個 8 位的并行 I/O 口： P0、 P P P3 端口，共 32 根I/O線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。 與 /計數器 2的外部計數輸入端（ ）與定時 /計數器 2的觸發輸入端（ ），如表 2所示。 表 3 P1 口管腳復用功能 端口引腳 復用功能 T2（定時器 /計算器 2 的外部輸入端） T2EX（定時器 /計算器 2 的外部觸發端和雙向控制） MOSI（用于在線編程）