基于單片機(jī)的紅外微電腦自動(dòng)泵業(yè)器設(shè)計(jì)

在我們的日常生活中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的窘境，想要往給液器里添加洗手液或洗潔劑，卻弄了一手的液體；在醫(yī)院里，護(hù)士為了給病人補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)液，卻難以避免營(yíng)養(yǎng)液被多多少少污染。此時(shí)，你真的需要一款紅外微電腦自動(dòng)泵業(yè)器，它不同于以往所見(jiàn)到的所有的給液器。不僅即插好用，而且安裝無(wú)需打孔破壞墻面，補(bǔ)液無(wú)需灌裝，杜絕了液體的二次污染，使用無(wú)接觸，更衛(wèi)生、方便，是取代傳統(tǒng)香皂及其他瓶裝、泵裝洗護(hù)產(chǎn)品的時(shí)尚而經(jīng)濟(jì)的選擇。此外，它是由單片機(jī)控制，克服了普通工業(yè)控制中常見(jiàn)的多回路、耦合、干擾等多種情況，可設(shè)定出液量，具有抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)誤操作、低壓報(bào)警、省電節(jié)能等特點(diǎn)。不僅適用于家庭，也適用于公共單位，如：醫(yī)院、銀行、政府機(jī)構(gòu)、學(xué)校等。

　　1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　該系統(tǒng)能自動(dòng)探測(cè)有無(wú)物體靠近出液口，探測(cè)距離為15～20cm，LED顯示器粗略顯示容器內(nèi)洗滌劑的剩余量，分為3種情況：

　　(1)最低的一段LED亮說(shuō)明洗滌劑剩余量較少，需要盡快補(bǔ)充;

　　(2)最低段和中間段同時(shí)亮說(shuō)明洗滌劑充足;

　　(3)三段同時(shí)亮說(shuō)明容器內(nèi)洗滌劑的已經(jīng)超過(guò)安全警戒線，不能再繼續(xù)加入，段間分隔誤差：±5mm。

　　另外系統(tǒng)備有操作按鍵一個(gè)，用于選擇流量，開(kāi)機(jī)時(shí)默認(rèn)值為小流量，按1次按鍵后選擇中流量，按2次選擇大流量，按3次后進(jìn)入清洗模式，再按一次退出清洗模式并選擇小流量。

　　自動(dòng)給液系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

　　LED顯示器用于顯示容器內(nèi)液體的粗略剩余量，該顯示器為三段條形LED顯示器，豎直安裝于出液器外殼上。

　　紅外線發(fā)射、接收器這兩個(gè)裝置相互配合構(gòu)成一個(gè)主動(dòng)式紅外線探測(cè)雷達(dá)，用于探測(cè)有無(wú)物體接近出液口，探測(cè)距離為15～20cm，紅外線發(fā)射載波頻率為38.4kHz，由微控制器(MCU)內(nèi)部的定時(shí)器對(duì)主時(shí)鐘分頻得到;接收頭的中心頻率為39.7kHz;通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射電流來(lái)調(diào)節(jié)探測(cè)距離。

液位傳感器該傳感器為電阻式傳感器，通過(guò)一個(gè)帶有旋轉(zhuǎn)軸的浮球帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn)，從而把液面高度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化，然后在該電阻中通過(guò)一定的電流，就間接的把液面變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，微控制器(MCU)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)讀取該電阻值就可以獲得液面的高度值，ADC轉(zhuǎn)換精度8位。

　　串行接口該接口為備用接口，用于今后系統(tǒng)的擴(kuò)展，此外MCU還通過(guò)該接口把液面高度值送往其他系統(tǒng)，傳輸速率為1200b/s，可以用PC機(jī)或其他具有UART單元的系統(tǒng)接收該數(shù)據(jù)。

　　2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　MCU引腳定義如表1所示：

　　3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

　　3.1主程序流程圖

　　主程序流程框圖如圖2所示，他主要完成初始化工作，進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，控制出液，并且顯示液位情況，整個(gè)程序中大量地調(diào)用了其他子程序，為了方便不再一一列出其他子程序框圖，主程序采用查詢方式，初始化完成后一直處在等待響應(yīng)狀態(tài)。

　　定時(shí)器中斷子程序，本子程序在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)了紅外檢測(cè)的設(shè)置工作，單片機(jī)的設(shè)計(jì)中，定時(shí)器是個(gè)重要環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)中采用定時(shí)器0中斷的工作方式，中斷程序流程圖如圖3所示。

　　出液控制子程序是本設(shè)計(jì)中的重要部分，他根據(jù)目標(biāo)檢測(cè)的結(jié)果控制步進(jìn)電機(jī)的工作，程序流程圖大致如圖4所示。

　　3.2MCU內(nèi)部RAM分配

　　AT89C2051內(nèi)部共有128B的RAM，做如下分配：

　　00H～07H：工作寄存器組(R0～R7)，作為通用寄存器使用。

　　10H～14H：液面高度采樣數(shù)據(jù)緩沖區(qū)(ADCBuff)。

　　16H：軟件定時(shí)器(SOFtTimel)。

　　17H：液面高度值(OldADCOut)。

　　1FH：鍵值(KeyValue)。

　　20H：工作標(biāo)志組0(WF0)。

　　5FH：流量控制值(FluxValue)。

　　60H～7H：32B的系統(tǒng)堆棧(STACK)。

3.3標(biāo)志位的分配

　　F_Xms：WF0.0，定時(shí)器0中斷服務(wù)標(biāo)志，在定時(shí)器0中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)置位，在軟件定時(shí)器操作程序中查詢?cè)摌?biāo)志后復(fù)位。該標(biāo)志位主要用于通知系統(tǒng)程序"一次定時(shí)器中斷已經(jīng)處理完畢"。

　　SendEN：WF0.1，主動(dòng)紅外探測(cè)器發(fā)射開(kāi)關(guān)，該標(biāo)志置位時(shí)允許紅外探測(cè)器向外發(fā)射38.4kHz紅外探測(cè)信號(hào)，復(fù)位時(shí)則不允許發(fā)射。該標(biāo)志在紅外探測(cè)器啟動(dòng)時(shí)置位，在探測(cè)器關(guān)閉時(shí)復(fù)位。

　　DetEN：WF0.2，紅外探測(cè)開(kāi)關(guān)，該標(biāo)志置位時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)紅外探測(cè)器探測(cè)目標(biāo)，復(fù)位時(shí)系統(tǒng)不啟動(dòng)探測(cè)器。該標(biāo)志在系統(tǒng)退出守候模式時(shí)置位，在探測(cè)到目標(biāo)后復(fù)位。

　　MTCEN：WF0.3，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，標(biāo)志置位時(shí)表明電機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，系統(tǒng)檢查運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間是否結(jié)束，如果MTCEN和DetEN都復(fù)位，系統(tǒng)將進(jìn)入守候式：既不探測(cè)目標(biāo)，也不啟動(dòng)電機(jī)，3s后自動(dòng)退出守候模式。該標(biāo)志在紅外探測(cè)器探測(cè)到目標(biāo)并啟動(dòng)電機(jī)后置位，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間結(jié)束后復(fù)位。

　　WashMode：WF0.4，清洗標(biāo)志，標(biāo)志置位時(shí)表明系統(tǒng)處于清洗模式下，系統(tǒng)的其他功能將被關(guān)閉，復(fù)位時(shí)關(guān)閉清洗功能。該標(biāo)志在用戶啟動(dòng)清洗功能時(shí)置位，關(guān)閉清洗功能時(shí)復(fù)位。

　　KeyST：WF0.5，按鍵狀態(tài)標(biāo)志，標(biāo)志置位時(shí)表明按鍵處于釋放狀態(tài)，系統(tǒng)檢測(cè)按鍵是否按下，復(fù)位時(shí)表明按鍵已經(jīng)按下，系統(tǒng)等待按鍵釋放。該標(biāo)志在檢測(cè)到按鍵釋放時(shí)置位，在檢測(cè)到按鍵按下時(shí)復(fù)位。

　　KeyLPF：WF0.6，按鍵檢測(cè)消除抖動(dòng)控制位。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　該設(shè)計(jì)的通用性很強(qiáng)，性價(jià)比高，可以應(yīng)用于許多非接觸式的給液系統(tǒng)，如：水龍頭自動(dòng)給水感應(yīng)器;感應(yīng)洗手器;自動(dòng)控制感應(yīng)水龍頭;自動(dòng)淋浴器;自動(dòng)給皂器;感應(yīng)烘手機(jī)等。本文介紹的設(shè)計(jì)思想可以推廣到其他類似的液位及出液量控制系統(tǒng)中。