基于51單片機的自動吹泡泡機系統設計

劉碩

摘要：本文設計的自動吹泡泡機系統可分為三大部分，即機械部分、硬件設計部分和軟件編程部分。泡泡機的控制系統使用AT89C51芯片作為主控制器，以兩個電機實現吹泡泡功能，以蜂鳴器和LED小燈實現報警提醒，以單片機的ADC模塊實現對液位信息的轉換。本文對泡泡機的機械結構、軟硬件進行研究并進行仿真，設計了一種具有報警提示功能的泡泡機。

關鍵詞：泡泡機;51單片機;液位;報警

引言

隨著科技的發展，自動化與我們的生活愈發密切相關。從工業生產到衣食住行，自動化的身影隨處可見。而且隨著生活水平的提高，兒童玩具的種類也越來越多，也有越來越多的兒童玩具與科技融合。近幾年泡泡機在幼兒群體甚至是青少年群體中流行起來，樣式也從單一到豐富，深受大家的喜愛。目前市場上大多數的泡泡機采用的都是卡通相機形象，實現的功能都是在按下快門鍵的同時泡泡機向外吹泡泡，松開按鍵的時候結束吹泡泡，也就是說，只有在按下按鍵的時候才可以實現吹泡泡的功能，同時伴有動感的音樂和炫彩的燈光，實現的功能比較簡單，但能夠引起兒童極大的興趣。本設計相比于市場上的泡泡機來說，其特點是有一個報警功能，在泡泡液低于某一限度時會亮指示燈并發出聲音警報，可以及時的向使用者傳遞泡泡液缺量的消息，從而提醒使用者及時補充泡泡液。這也使泡泡機的外形不受限制，不用再留一部分透明外殼來觀察泡泡液的余量，從而使泡泡機的外形可以更加有趣。

1、?機械結構設計

1.1吹泡泡模塊

有兩個電機：一個電機帶動攪拌棒攪拌泡泡液，使泡泡液充分混合，能夠更好的吹出泡泡，令使用對象有更好的娛樂體驗。另一個電機帶動風扇和出泡孔（一個圓盤上有一周圓孔），風扇和出泡孔之間通過兩個齒輪連接起來，與風扇相接的是小齒輪，與出泡孔相接的是大齒輪，從而實現風扇高轉速吹出氣流，出泡孔低轉速更有效的吹出泡泡。

一個按鍵：控制吹泡泡模塊的啟動，按一下按鍵，會持續攪拌兩秒鐘，然后自動吹泡泡三秒鐘。如果兩次按鍵時間相隔不到30秒則不攪拌直接吹泡泡。

1.2警報模塊

用一個水位傳感器實時監測泡泡液的水位，低于某一限定值的時候開始亮指示燈，蜂鳴器開始發出聲音報警。由于水位傳感器的工作原理是將水位高度信息轉化成電壓信息傳送給單片機，所以在模擬仿真的時候用一個變阻器改變電壓來模擬水位的高低。

2、硬件設計

本次設計使用的是AT89C51單片機作為主控制器。因為本設計中有兩個電機，所以選用的電機驅動器為L298N，它對于直流電機和步進電機都可以驅動，并且可以控制兩個直流減速電機做不同動作且可以實現電機的正轉反轉。水位檢測模塊的關鍵在于ADC模塊，51單片機內部有ADC模塊。警報電路以一個LED燈和一個蜂鳴器來實現功能。

3、軟件設計

3.1主函數設計

先給靜態全局變量count賦初值600，保證第一次按鍵是先進行攪拌再吹泡泡。然后對定時器0中斷進行初始化，對外部中斷1進行初始化，使警報指示燈和蜂鳴器初始狀態全部為關閉狀態。接下來獲得水位模擬信號并進行判斷，若低于警報值則警報燈亮起蜂鳴器發出聲音進行提醒，若沒有低于警報值則警報燈不亮蜂鳴器不響，繼續去獲取水位模擬信號。外部中斷隨時可能發生，所以應該保證只要給出中斷信號就開始執行。

3.2中斷初始化

對于定時器中斷，應先設置定時方式1（十六進制），然后設置定時50ms，接著打開定時器0中斷、打開定時器0、打開總中斷。對于外部中斷，先打開總中斷，然后打開外部中斷1中斷，最后設置觸發方式為下降沿觸發。

3.3中斷操作函數

定時器中斷操作函數的內容為：先進入定時器中斷，定時器初始化，然后執行count++（每進入一次定時器中斷count加1，即每50ms加1），然后退出定時器中斷操作函數。

外部中斷操作函數的內容為：首先進入中斷，然后對count進行是否小于600的判斷（即判斷兩次中斷時間間隔是否小于30s）。若小于600就先使控制攪拌的電機運轉，然后再使控制吹泡泡的電機運轉;若大于600就直接驅動控制吹泡泡的電機。控制吹泡泡的電機開始運轉之后中斷結束。

3.4液位檢測

對于液位檢測主要用到的是AD轉換，AD轉換將傳感器檢測到的模擬信號（本設計中是用變阻器改變電壓進行仿真）轉換成數字信號。在程序部分的設計主要為啟動AD轉換，然后等待轉換完成，若轉換完成就將數據讀入單片機然后結束數據輸出，否則繼續等待轉換完成。

結語

本文主要對自動吹泡泡機的機械結構、軟硬件進行了設計和仿真，設計了一種具有報警提示功能的泡泡機。自動吹泡泡機是科技在生活中的體現的一部分，“自動”也是科技發展的趨勢。未來的兒童玩具市場中，自動智能類玩具一定會越來越多，生活促進科技，科技也促進生活。

參考文獻：

[1]張俊謨.單片機中級教程：原理與應用[J].北京航空航天大學出版社，2006.10

[2]殷留留，韓森，王芳，等.?基于L298N的直流電機調速系統的設計與應用[J].?信息技術，2017（6）：104-106，111.