基于单片机的家用红外按摩仪设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的家用红外按摩仪设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

GND：电源地。 6 RST：复位引脚。 I/O：数据输入、输出引脚。 SCLK：串行时钟输入。 VCC VCC2：主电源于后备电源引脚。 另外，时钟芯片 DS1302 与单片机的连接仅需要 3条线，即 SCLK、 I/O、 RST。 在这次硬件的设计中，最后的环节就是把数据输入到数码显示电路上进行显示，数码显示的方式有两种：一种动态显 示，另一种是静态显示。 在这两种显示方式中，静态显示是指需要显示的字符的各字段连续通电流，所显示的字段连续发光；动态显示是单片机依次发出段选控制字和对应哪一位 LED显示器的位选控制信号，显示器逐个循环点亮。 适当选择扫描速度，利用人眼的“留光”效应，使得看上去好像这几位显示器同时在显示一样，而在动态扫描显示控制中，同一时刻，实际上只有一位 LED 显示器被点亮。 基于以上的原理，动态显示每个时刻都要显示，所以会有时间的停留，大约每一位要停留 1ms，再加上动态显示显示的亮度没有静态显示高，而且静态显示占用单片机的 时间比较少，接线也比较简单，所以硬件的成本也比动态显示的稍高一些，综合两种显示的性能和成本情况，我选择采用静态显示进行显示。 在确定了显示方式之后，接下来就是选择数码显示器件，鉴于要实现时钟显示，就必须扩展 I/O 口。 要扩展 I/O 口，就要选用移位寄存器或利用外部 RAM 扩展 LED。 首先，我考虑的是串行输入的移位寄存器，因为串行的接线比较简单，这一方面能减少错误的可能性，另一方面能降低设计的硬件成本；这次需要将数据显示在数码管上，所以需要并行输出，基于这些要求，我选择了 74HC595 系列的移位寄存器和 8位显示器 其具体的电路图如图 ： QS 引脚：级联输出端。 该芯片的 QS 引脚是为移动寄存器之间的级联而设计的。 当需要使用两片或以上的移位寄存器时，需要将此引脚接到下一移位寄存器的串行输入端。 CLR 是主复位（低电平）引脚，本设计中接高电平，保证不复位。 7 SLCK 为存储寄存器时钟输入引脚，该引脚接在 引脚上，在 PLCK 的上升沿，即由单片机输出的 SP 脉冲的上升沿，将在八位位移缓存器的数据存入到八位平行输出缓存器。 SCLK 为移位寄存器时钟输入引脚，该引脚接在单片机的 引脚上，在单片机输出的 SCLK 的上升沿，将输入引脚上的数据移入到移位寄存器中； SDA 为数据输入引脚，第一个移位寄存器的该引脚连接在 引脚上，其他的SDA 接前一个移位寄存器的数据输出引脚； Q0„ Q7 引脚为平行三态输出，该引脚和数码管的八段管脚相连接，进行数码管的显示； CLR 是主复位（低电平）引脚，本设计中接高电平，保证不复位； EN 为输出有效引脚，当 /E 的控制讯号为低电平时，平行输出端的输出值，等于平行输出缓存器所储存的值。 而当 EN 的控制讯号为高电位，也就是输出关闭时，平行输出端会维持在高 阻抗状态，在此次设计中直接接地。 在本设计中， 74HC595 的工作过程如图 ： 其工作过程大致可分为三步： 串行移位寄存器输入端 SCLK 的上升沿，数据串入 74HC595 的移位寄存器； 串行锁存器输入端 SLCK 的上升沿，将移入数据寄存器中的数据送入到输出锁存器，锁存输出； EN 置高电平，锁存器的数据并行输出。 该模块主要是完成对远红外按摩器的温度进行检测，在达到或超过温限后，发出报警信号。 温度传感器的选择 在此次设计中，要用温度传感器进行温度 检测并及时提交单片机判断，防止加热温度过高，避免用户产生不舒适感和有效保护用户的人身安全。 8 在参考了各种资料后，我选出了三种测温芯片，进行比较以此来挑选出最佳芯片进行测温，分别为 PT100， AD590 和 DS18B20。 这三者是最常用的三个类型的温度传感器，分属于传统的分立式温度传感器、模拟集成温度传感器和智能温度传感器。 PT100 温度传感器，是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而变化。 PT 后的 100 即表示它在 0176。 C时阻值为 100 欧姆，在 100176。 C时它的阻值约为 欧姆。 但是它必须无 A/D 功能，再利用 它时我们要另外设计 A/D 转换电路。 AD590 是美国模拟器件公司生产的模拟温度集成传感器，其主要特点是功能单一、测温误差小、响应速度快、体积小、微功耗，适合远距离测温、控温，不需要进行非线性校准。 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司继 DS1820 之后推出的一种改进型智能温度传感器，其独特的一线接口，只需要一条口线通信多点能力，简化了分布式温度传感应用无需外部元件可用数据总线供电电压范围为 55176。 C 至 +125176。 C。 在对比了三者的设计的难易度、工作方式、购买 价格等因素，我决定选用 DS18B20 作为设计的温度传感器。 各管脚的信息介绍 DS18B20 管脚示意图，如下图 ； DQ 为数字信号输入 /输出端； GND 为电源地； VDD 为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。 由于本次设计中要求检测按摩部件的位置，而位置检测最常用的就是霍尔传感器，它的检测对象是磁场，故按摩器件上装有磁性刚体以便其检测到。 本部分电路最主要的元件就是霍尔传感器，也叫霍尔接近开关，由于本次设计做的 是控制系统的设计，而霍尔传感器只是作为检测元件将信号提供给控制系统，虽然它不在控制系统中，但其原理我们必须要掌握，这样我们才能更好地理解电机的动作，为程序的编写也提供了一些思路。 霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 所谓霍尔效应，是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时，产生横向电位差的物理现象。 当电流通过金属箔片时，若在垂直于电流的方向施加磁场，则金属箔片两侧面会出现横向电位差。 半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显，而铁磁金属在居里温度以下将呈现极强的霍尔效应 按照霍尔器件的功能可将它们分 为：霍尔线性器件和霍尔开关器件。 前者输出模拟量，后者输出数字量。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达 1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等污染或腐蚀。 9 霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达级 ）。 取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达 55176。 C~150176。 C。 所以此次设计中采用的是霍尔开关器件。 应用如图 要求实现不同身体部位的准确按摩，共需要六个霍尔传感器，分 别代表如下身体部位：肩部，下肢，腰部，下半身，上半身，全身。 将它们固定在按摩器的六个位置上，它们的任务是检测按摩部件的位置，并反馈给单片机。 该模块主要完成的是对远红外按摩器的主电路进行控制： 1，按摩电机的控制； 2，振动电机的控制； 3，加热电路的控制。 通过利用固态继电器、普通继电器和反相器 ULN2020的组合对三个主电路进行控制，达到弱电控强电的目的，有效地保护用户。 设计方案为： 鉴于上文表 已经介绍了 P0 口的定义，不一一介绍。 单路如图 . 10 由于本次设计中采用的普通电磁继电器型号为 CMP7SDC12V，它的吸合电压为 9V，即代表继电器执行吸合动作时，其两端的电压差不低于 9V，则 ULN2020 输出的电压值需小于3V，为一个低电平，故单片机向 ULN2020输入的是高电平，同理该继电器的释放电压为 ，即 ULN2020输出的电压值不小于 ，其大小值为高电平，则单片机向输入的为低电平。 和 是单片机向 ULN2020输入信号的引脚，它们都服从上面的规律， 控制的是振动电机的继电器，信号经过两次反相， 故当 为“ 0”时， K1 吸合，振动电机接通电源，开始振动。 由于振动电机仅需正转，故设计中采用小型双路继电器，而且固态继电器控制按摩电机正反转。 故 和 这两个信号时相互配合工作的，当 为“ 0”时，电机才能运作，这时当 为“ 1”时，继电器不吸合，电阻正转，反过来当 为“ 0”时，电机反转。 ，当 “ 0”时，固态继电器开通，从而接通加热系统的电源；反之，当 为“ 1”时，停止加热。 11 第四章 主要硬件元器件简介 AT89C52 单片机 AT89C52 单片机是 ATMEL 公司的 8 位单片机 89 系列的一种， 89 系列的单片机的最大特点就是片内含有 FLASH 存储器。 ATMEL89系列单片机是以 8031 核构成的。 所以，它和 8052系列单片机是兼容。 AT89C52 系列单片机的优点 内部含 FLASH 存储器 本次毕业设计选用该系列的单片机的最主要的原因就是因为该系列的单片机内部是 FLASH存储器。 在系统的开发与调试过程中可以十分容易的进行程序 的修改。 同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外接电源损坏也不影响到信息的保存。 和 8051 插座兼容 我们所使用的教材主要是关于 Intel公司生产的 MCS51 系列的单片机。 而 89系列单片机的引脚是和 8051 一样的，所以，当用 89 系列单片机取代 8051 时，可以直接进行代换。 AT89C52 单片机的内部结构 AT90C52 单片机的存储器组织是把程序存储器和数据存储器截然分开，各有自己的寻址系统、控制信号和功能。 下面根据其硬件结构和功能着重分析 AT89C52 单 片机的存储器组织。 程序存储器 AT89C52 可寻址 64KB 程序存储器，低地址区可采用驻留在片内的程序存储器。 数据存储器 AT89C52 可直接寻址 64KB 外部数据存储器，用 MOVX 访问外部数据存储器。 它的内部数据存储器是最灵活的也是最为复杂和难以掌握的地址空间现着重介绍如下：内部数据存储器分为物理上独立的且性质不同的几个区。 低 128 字节的地址空间（ 00H~7FH）为 RAM 区，对该区既可以直接寻址也可以间接寻址，高 128 字节地址空间（ 80H~FFH）对于 AT89C52 来说为特殊功能寄存器。 如图 所示。 堆栈指针 SP 是一个 8 位寄存器。 它指示出堆栈顶部在内部 RAM 块中的位置。 系统复位后， SP 初始化位 07H，使得堆栈事实上由 08H 单元开始。 考虑到 08H~1FH 分属于工作寄存区1~3，最好吧 SP 值设置的比较大些。 12 AT89C52 单片机的引脚功能说明 AT89C52 单片机采用 40脚双列直插式封装方式， 40根引脚中包括 32根并行 I/O 引脚， 4根控制线引脚， 2 根电源线引脚， 2 根外接晶振引脚，单片机的如图 所示。 各个并行口 P0~P3就不再说明了。 控制信号引脚 RST/VPD， ALE/PROG， /PSEN 和 /EA/Vpp RST/VPD：复位信号输入端。 当振荡器工作时，在此引脚上出现两个以上的机器周期的高电平（由低到高跳变）时，将使单片机复位。 在 VCC 掉电时，此引脚可以接上备用电源，由 VPD提供备用电源，以保持内部 R145AM 中数据。 ALE/PROG(ADDRESS LATCH EN ABLE/PROGRAMMING)：地址锁存允许信号输出端。 访问外部存储器时， ALE 为低 8 位地址锁存允许输出信号。 /PSEN(PROGRAM STORE ENABLE)：访问外部程序存储器读选通信号输出端。 在访问外部程序存储器读取指令时， /PSEN 在每一个机器周期内两次有效，但在访问外部数据存储器或访问内部程序存储器读取指令时 /PSEN 无效。 /EA/Vpp(ENABLE ADDRESS， VOLTAGE PULSE OF PROGRAMMING)： /EA为访问外部或内部程序存储器控制信号。 时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2：接外部晶振和微调电容的一端，在单片机内部接反相放大器的输入端。 主电路引脚 Vss 和 Vcc Vss:接地 端； Vcc：电源输入引脚，正常工作时接 +5V电源。 AT89C52 单片机的时钟电路 AT89C52 单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2。 在 XTAL1 和 XTAL2 两端接上石英晶体和微调电容就可构成自激振荡器。 电容 C1，C2 通常取 30pF 左右，它们对振荡频率由微调作用。 振荡频率通常取 3MHz 至 24MHz 范围内：我用的晶振频率为 ，根据式 41 可求得 本次毕业设计采用如图 所示电路接线。 13 AT89C52 单片机的复位电路 熟悉使用 PC 机的人都知道，一旦 PC 机出现问题如死机的情况，就要使。