基于51單片機的智能干手器的設計

楊琳 向勝奎 王露 喬成芳 孟燕

摘要：

針對目前市場上的干手器分立元件較多、電磁滋干擾強、成本高、速度慢、干手效果不明顯等問題，設計了一款基于單片機的智能干手器。該系統采用51單片機節制電路和紅外感應電路，克服了以上缺點，能夠快速、自動感應人手的伸進和離開，通過軟件智能加減工作時間，還能自動調節或手動改變出風口溫度，分別滿足不同人、不同條件的需求。該系統實現了智能干手功能，操作簡單、運行可靠、系統穩定，能達到設計要求和精度指標。

關鍵詞：

單片機; 紅外感應; 干手器

中圖分類號： TP 393.0

文獻標志碼： A

Design of Intelligent Dryer Based on 51 Single Chip Microcomputer

YANG Lin1， XIANG Shengkui1， WANG Lu1， QIAO Chengfang2， MENG Yan3

（1. College of Electronic Information and Electrical Engineering， Shangluo University， Shangluo， Shanxi 726000， China;

2. College of Chemical Engineering and Modern Materials， Shangluo University， Shangluo， Shanxi ?726000， China;

3. Shanyang Middle School， Shanyang， Shanxi ?726400， China）

Abstract：

At present， there are many problems in the hand dryers， such as more discrete components， strong electromagnetic interference， high cost， slow speed， unobvious effect of dry hands， and so on. In order to solve these problems， this paper designs an intelligent hand dryer based on MCU. The system adopts 51 MCU control circuit and infrared induction circuit to overcome the above shortcomings. It can quickly and automatically sense the entering and leaving of human hands. It can also intelligently add or subtract drying time by software， and intelligently adjust outlet temperature according to ambient temperature and humidity. This can meet the needs of different people and different conditions. The system realizes the function of intelligent dry hand， and is simple to operate， reliable to operate and stable， and it can meet the design requirements and precision targets.

Key words：

MCU; infrared induction; hand dryers

0引言

作為一種衛生潔具，干手器遍及公共場所，然而市場上大多干手器并未達到毛巾擦干手上水分的效果，有的甚至存在質量問題[12]。智能干手器有著巨大的研發價值[3]，所以吸引了一批知名企業和學者對其展開深入的研究。DIHOUR ABS干手器，發射X10信號給接受端利用了220v的電力線，從而達到智能化控制的目的，同時不需要額外的布線，也是ABS系統的一大優勢[4]，因為其他的智能干手都脫離不了布低壓線這一環節，在家庭中安裝其他的干手控制系統時需要在墻面或地面上開鑿，鉆孔，存在著使用不方便和人性化的問題[56]。但是該套系統在國內應用的并不十分的廣泛，是因為這套產品的價格并不十分的符合人們的需求，也存在在國內市場上缺乏推廣的因素。PTC熱敏電阻干手器系統（德國），該系統的實現利用了預埋總線技術[78]，和其智能控制系統一樣也采用了傳感器技術[910]、電子技術[1112]和單片機技術[1314]與中央控制的機制。但也存在工程實施復雜，要求嚴格，價格不能被人們所接受，因此自從該產品問世以來，一直不被國內市場所接受。DH9922干手器（新加坡），脫離不了預處理總線機制和集中控制機制[15]。系統較為成熟和穩定，在這一方面較為適合中國的國情，但是存在系統架構不夠優良，靈活性不高，價格不被大眾接受，因此在國內的應用較少。本文所設計的智能干手器優化了系統電路，成本低，干手速度快，具有十分廣闊的市場前景。

1系統架構

本系統以單片機STC89C51為核心，通過繼電器來實現對風扇控制，本設計中電源模塊不僅給單片機最小系統供電而且給風扇供電，其余還包括獨立鍵盤以及相應紅外測的操作，按鍵的掃描，進行的狀態標志可以進行單片機模式的選擇，紅外感應模塊信號端信號的讀取通過I/O口來進行，若有信號，那么風扇的運作由單片機繼電器的吸合來控制，當進入加熱模式時，控制加熱的繼電器吸合，來實現環境的加熱;其中判斷依據是檢測紅外傳感器的信號是否有人體。系統總體方案的結構圖，如圖1所示。

2系統硬件電路設計

2.1主芯片及外圍電路

綜合系統實際要求，本系統共分為六個模塊，分別為復位電路單元、紅外檢測電路單元、STC89C52單片機主控單元、振蕩電路單元、LED顯示單元與繼電器驅動電路單元以及按鍵電路單元。系統硬件構成框圖，如圖2所示。

硬件電路，如圖3所示。

2.2紅外測溫電路

本系統紅外傳感器采用PR35三腳封裝，更簡便易操作。該模塊實現對溫度的實時測量，具有對物體接近靈敏的感應。3個引腳分別為電源負極、電源正極和信號輸出管腳，連接方式如圖4所示。

當有手處于干手器可工作范圍內，手將紅外發射管發射的紅外線脈沖反射回來，由紅外接收管接收并且轉換為電信號，電信號進入單片機P3^4端口，從而人體信號的采集便可以實現了。當人體信號被單片機檢測到后，電吹風的開關由繼電器的閉合控制，從而實現干手器的設計。

2.3繼電器控制電路

本系統中的繼電器模塊是一種電子節制器件，它可以通過用較小的電流去控制較大電流，在控制的過程中往往通過三極管9012去驅動繼電器的閉合與開路，通過繼電器去控制風扇，如圖5所示。

它具有高級輸入回路和被輸出回路，通常可以在主動控制電路中應用。故在電路中的作用是調節主動、庇護安適、電路轉換等作用。

2.4復位電路和時鐘電路

復位和時鐘模塊：圖6為復位電路，對溫度丈量模塊舉行初始化。圖7為時鐘電路，控制溫度變化的節奏，每一秒溫度變化一次，實時監測溫度的變化。

3系統軟件設計

3.1軟件總體設計

軟件設計方式采用模塊化，將各個功能分成獨立模塊，一起執行管理系統和監控程序。本設計的軟件包括主程序，紅外檢測子程序，按鍵檢測子程序。系統對外圍設備進行初始化，然后開始讀取紅外傳感器狀態，最終控制繼電器，進行電機驅動。系統整體流程圖，如圖8所示。

3.2主系統程序設計

系統核心芯片是STC89C52，通過控制繼電器電路以及讀取紅外傳感器狀態實現智能干手器，初始化單片機外圍設備是程序設計的主程序，其次是初始化單片機定時器，接下

來進入循環中，讀取紅外傳感器的設備狀態以及控制繼電器。繼電器吸合的操作由程序中主函數根據標志位Flag的狀態來執行。系統主程序流程，如圖9所示。

3.3定時中斷程序的設計

本設計中繼電器的吸合來控制風扇轉動，15秒即風扇工作時間，50 ms為定時器的溢出時間，即中斷計數標志位flag達到20次時就代表1 s的時間，以此為依據那么15 s的計數就不難實現了，實現這部分具體的流程，如圖10所示。

4系統調試

4.1調試過程

系統主要由單片機最小系統、紅外傳感器電路、繼電器驅動電路、LED顯示、等幾部分組成，系統硬件如圖11所示。

程序調試時，將每個模塊單獨調試，使其達到最佳狀態，每個模塊調試通過后，整合資源，合理分配MCU，使其發揮最大作用，然后進行系統聯調，以實現最佳效果。

系統上電前，需要保證以下幾點：

（1） 該系統上的總電源開關處于關閉狀態;檢查相關傳感器是否安裝良好。以上檢查完畢后，就可以給系統供電;

（2） 開機后，看到LED顯示狀態，以及本地傳感器指示燈;

（3） 紅外傳感器處于檢測狀態，當有人手經過時，就會觸發繼電器導致風扇的導通。

調試部分分為以下幾部分：

（1） 設置調試定時器中初始化部分的定時器初值;

（2） 調試程序設計中的led燈，設置斷點的位置即led燈亮的位置;

（3） 調試紅外傳感器靈敏度。

4.2調試中的問題

單片機中燒入程序，電路中插入芯片，啟動按鍵時電機旋轉，但是有時會出現按鍵效果不靈敏的問題，經分析，出現了按鍵抖動情況，解決的方法就是增加消除按鍵抖動的語句。經反復修改程序中定時參數，消除抖動，克服了按鍵不靈敏的情況。

5總結

本文所設計的智能干手器由單片機最小系統，繼電器電路，紅外傳感電路接口等部分組成。實現了干手功能的設計要求和精度指標：

（1） 系統的軟件設計基本實現了所設定的要求，且操作簡單，運行可靠。

（2） 系統能夠根據環境溫度和人體溫度、濕度，智能調節出風口的溫度和烘干時間，優化每個人的用戶體驗。

（3） 為提高在現場環境運行的可靠性和穩定性，進行了部分硬件和軟件的抗干擾設計，效果良好。

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（收稿日期： 2019.05.16）

基金項目：

國家自然科學基金（21703135）;教育部高等教育司產學合作協同育人項目（201802047133）;陜西省2019年大學生創新創業訓練計劃項目（S201911396057）。

作者簡介：

楊琳（1985），女，碩士，講師，研究方向：信號處理。

向勝奎（1997），男，本科，研究方向：信號處理。

王露（1994），女，本科，研究方向：信號處理。

喬成芳（1984），女，博士，副教授，研究方向：材料學。

孟燕（1980），女，本科，講師，研究方向：中學教育。

文章編號：1007757X（2020）08000104