基于mcu的薄膜按键寿命测试系统毕业论文(编辑修改稿)

基于mcu的薄膜按键寿命测试系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

3。 24 辅助按键部分程序 24 错误处理部分程序 26 EEPROM 读写部分程序 26 结 论 28 参考文献 29 附录 1 系统总体电路图 30 附录 2 系统实物图片 31 致 谢 32 吉林化工学院毕业设计说明书 1 第 1 章 绪 论 按键以简单、灵活、易操作等特性被广泛应用在生活中的方方面面。 其种类繁多，具体有 薄膜按键 、 轻触按键 、 贴片按键 、 直插按键 、自锁按键、多档按键等形式的封装。 在对工业产品和日常用品的操作中，按键是进行人机接触的主要方式，是人们实现对装置控制的主要手段。 在实际应用中，按使用频率主要将按键分为高频率按压按键和低频率按压按键，如相机、液晶显示器等设备中所用按键即可归类为低频率按压按键，而焦化测温仪中所用按键即可归类为高频率按压按键。 按键在被高频率按压使用时，其使用寿命无疑成为一项必须考虑和测 试的指标。 薄膜按键的寿命一般在几十万次到上百万次之间，由人工测试几乎是不可能的，这就需要设计出一个可靠的机电结合系统实现对按键的自动测试。 本设计主要实现自动按键，将采集到的按键次数等数据进行处理并实时的显示在液晶屏上，从而能直观的读出已按键的次数。 直到检测到自动按键装置运行正常但计数值不再增加且系统报错并停止工作，这时所显示的数据即为薄膜按键的使用寿命。 从总体论证和整体工程来看，本设计主要需进行以下七个方面的工作： 1．机电结合方案的论证分析。 2．机械固定装置的设计与绘制。 3．自动按键装置的驱动控制。 4．按键的采集扫描与处理。 5．实时显示按键测试的数据。 6． EEPROM 对配置参数和数据的保存记录。 7．错误的判断处理与系统保护。 整个系统对采集到的按键信号进行处理，并用单片机内置的 EEPROM 对数据进行保存记录，其中的错误处理函数在检测到错误次数达到一定值后会自动存储测试数据并断开电磁铁，达到对整个系统的保护。 机电结合控制与各个部分的良好配合是系统可靠运行的保证。 基于 MCU的薄膜按键寿命测试系统 2 第 2 章 机电结构设计方案 自动按键方式的选择 经过现场测试得出，机械按键需 165g 左右的压力被按下，薄膜按键则需 380g 左右的压力才能被按下。 所以要测试薄膜按键的寿命，施压荷重应至少大于 380g。 1．电机自动按键 电机的精度较高，驱动方式灵活，但 转速太高， 不能 输出较大力矩 ， 要想 实现 无极调速得配变频器 且需要编码控制。 因为所要测试的薄膜按键寿命在几十万次到上百万次之间，所以电机的使用寿命也是一个需重点考虑的因素。 2．电磁铁自动按键 电磁铁 的磁性有无可以由通断电来控制 ， 磁性强弱可以由电流大小来控制。 用电磁铁做动力来源有 四 大优势： 1) 耗能小， 2) 储能能力强， 3) 控制方法容易 ， 4) 运行速度便于控制。 3．气压调节器按键 气压调节器通过电磁阀给直动气缸供应所需气压使其上下运动 ，从而达到自动按键的目的。 这种方式理论上可取，但成本高且装置庞大，不易进行操作控制。 4．本设计采用的按键方式 综合上述分析考虑，本系统采用电磁铁自动按键，且所选电磁铁在额定电压下工作时所提供的吸引力应在 380g 以上。 具体从体积大小、固定方式、使用寿命、额定电压下提供的压力等方面综合比较论证后，发现型号为 MK0837HH01 的电磁铁各项指标都符合条件。 其相关参数如下： 电压： DC12V 电流： 力量：通电 DC12V， 6mm行程时，吸引力在 400g 以上 除综合考虑的因素满足本设计外，其所提供的额定值也都达到所需要求，符合薄膜按键需要 380g 压力被按下的条件，最终选择型号为 MK0837HH01 的电磁铁。 机电结构设计 本设计是机电配合应用的很好实例，机械设计的固定装置用来对单片机及其外围电路、电磁铁及其驱动电路分别进行固定并使之在一个工作界面上，且确保电磁铁探头的中心点与被测试按键的中心点在同一条水平线上，同时底部采用滑轨支架和可移动的 滑轨来灵活调节两部分的距离，方便对系统的测试、控制和操作。 吉林化工学院毕业设计说明书 3 321图 21 固定装置装配图 各个功能模块在总体装配图上的位置如图 21 所示，其中图号 1 为固定单片机系统底座，图号 2 为可移动加固滑块，图号 3 为固定电磁铁底座，此三部件均为自己设计绘制且最后送工厂加工出的实物。 整个系统需要强电和弱电结合控制，其中电磁铁驱动电路采用 12V 直流电源供电，单片机系统采用 3V 弱电供电，为隔离 输入 、 输出电信号 和防止电磁干扰，强弱电之间用光电耦合器进行隔离。 机电控制方案 本机电控制系统主要由机械固定部分和单片机处理部分组成，两部分共同 配合实现对电磁铁驱动电路的控制，从而实现自动按键。 系统总体框图如图 22 所示。 单片机系统侧视图 底部滑轨支架 滑轨上可移动滑块 电磁铁按键 装置 单片机系统上的被测按键 电磁铁驱动电路板顶视图 基于 MCU的薄膜按键寿命测试系统 4 图 22 机电结合系统总体框图 整个系统主要由机械固定装置和 P89LPC936 单片机及其相关外围电路两大部分组成。 机械固定装置用来对单片机及其外围电路、电磁铁及其驱动电路分别进行固定并使之在一个工作界面上，且确保电磁铁探头的中心点与被测试按键的中心点在同一条水平线上。 单片机结合液晶显示电路、蜂鸣报警电路、电磁铁驱动电路等子模块对扫描采集到的按键信号进行处理、记录、显示。 机械固定 装 置 可移动加固滑块 固定电磁铁底座 固定单片机系统底座 P89LPC936单片机 按键扫描 蜂鸣报警电路 液晶显示电路 光电隔离 被测薄膜按键 电磁铁驱动电路 直流电源供电 3V电源供电 吉林化工学院毕业设计说明书 5 第 3 章 机械固定装置设计 装配图的作用 装配图是用来表达机器或部件的图样，是用于表示部件或机器的工作原理、零件之间的装配关系和各零件的主要结构形状以及装配、检验、安装时所需尺寸重要技术文件。 在新设计测绘部件或机器时，先要画出装配图表示该部件或机器的构造和装配关系，并确定各零件的结构形状和协调尺寸等，然后再根据装配图进行零件设计，画出符合部件或机器要求的零件图。 在装配部件时，则要根据装配图及其技术要求，把零件按一定顺序进行装配。 在使用、管理、维修时，需要利用装配图了解部件或机器的结构和工作原理 等。 装配图是反映设计思想 、 装配、使用机器和进行技术交流的重要技术文件。 图 21 即为本系统总体装配图，设计整个装置前应充分考虑方案可行性，使之装配方便合理。 固定单片机系统底座 如图 31 所示，此部件用来固定单片机系统，是完全由自己设计绘制并出图。 在这个部件中应注意对埋孔及螺孔的绘制。 埋孔要结合实物绘制，充分考虑富余量。 图 31 固定单片机及其按键底座示意图 固定单片机系统的底部螺孔 固定可移动滑块的通孔 固定单片机系统的埋孔 基于 MCU的薄膜按键寿命测试系统 6 可移动加固滑块 如图 32 所示，此部件主要用来加固单片机 及其按键，是可移动的灵活部件。 图 32 可移动加固滑块示意图 固定电磁铁底座 如图 33 所示，此部件用来固定电磁铁及其驱动电路。 其尺寸的大小是比对实物后确定下来的，此部分应注意对剖面的理解和绘制，同时在尺寸上要考虑富余量。 AAAA3050 图 33 固定电磁铁底座示意图 固定电磁铁区域 固定驱动板的螺孔 用于微调加固滑块 吉林化工学院毕业设计说明书 7 第 4 章 硬件系统功能电路分析 P89LPC936 单片机概述 P89LPC936 是一款单片封装的微控制 器。 它采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2 到 4 个时钟周期 ， 6 倍于标准 80C51 器件。 内部 集成了许多系统级的功能，可大大减少元 器 件的数目和电路板面积并降低系统的成本。 其引脚封装如图 41 所示。 图 41 P89LPC936单片机引脚封装图 其主要特性如下： 1) 16kB 可字节擦除的 Flash 程序存储器，组成 2kB 扇区和 64 字节页。 单个字节擦除功能允许 Flash 程序存储器的任何字节可用作非易失性数据存储器。 2) 256 字节 RAM 数据存储器。 还包括一个 512 字节的附加片内 RAM。 3) 512 字节片内用户数据 EEPROM 存储区，可用来存放器件序列码及设置参数等。 4) 两个 4 路输入的 8 位 A/D 转换器 /DAC 输出。 2 个模拟比较器。 5) 16 位定时 /计数器 (每一个定时器均可设置为溢出时触发相应端口输出或作为PWM 输出 )和 1 个 23 位的系统定时器，系统定时器可用作实时时钟。 6) 增强型 UART。 具有波特率发生器、间隔检测、帧错误检测、自动地址检测功能。 7) 400kHz 字节宽度 I2C 总线通信端口和 SPI 通信端口。 8) 捕获 /比较单元 （ CCU） 提供 PWM，输入捕获和输出比较功能。 基于 MCU的薄膜按键寿命测试系统 8 9) 选择片内高 精度 RC 振荡器时不需要外接振荡器件。 可选择 RC 振荡器选项并且其频率可进行很好的调节。 10) VDD 操作电压范围为 ～。 I/O 口可承受 5V（ 可上拉或驱动到 ）。 11) 28 脚 TSSOP、 PLCC 和 HVQFN 封装。 最少有 23 个 I/O 口，当选择片内振荡器和片内复位时 I/O 口可高达 26 个。 12) 可编程 I/O 口输出模式：准双向口，开漏输出，推挽和仅为输入功能。 13) 所有口线均有 （ 20mA） LED 驱动能力。 但整个芯片有一个最大值的限制。 14) 4 个中断优先级 ； 8 个键盘中断输入，另加 2 路外 部中断输入。 经过认真考虑，我最终选择 PHILIPS 公司的 P89LPC936 单片机来控制本系统。 它的功能强大、速度快、片内集成高精度的晶振、片内内置 512 字节的 EEPROM、性价比高。 此款单片机的高集成度使所需外挂器件更少，对于本系统现阶段设计的功能都能够很好的满足。 它编程方便，不需要昂贵的编程器，对于本系统来说是比较合理的选择。 电磁铁驱动模块 电磁铁需在额定条件下运行以提供大于 380g的压力，这就需要选择功率大且稳定的驱动管来驱动电磁铁，本系统选择 TIP127 达林顿管，同时用 TLP113 光电耦合 器隔离 输入、输出 的 电信号。 达林顿管 TIP127 三极管是一种控制元件，最基本的作用是放大作用 ， 主要用来控制电流的大小 ， 可以把微弱的电信号变成一定强度的信号， 其中集电极电流 IC 的变化量与 基极电流 IB 的 变化量之比叫做三极管的放大倍数 β（ β=ΔIC/ΔIB， Δ 表示变化量），三极管的放大倍数 β一般在几十到几百倍。 TIP127 是 中功率的 PNP 型达林顿管，其外观和内部电路如图 42 所示。 图 42 达林顿管 TIP127 吉林化工学院毕业设计说明书 9 其一些技术参数的最大值如下： 电流参数： IC=5A， ICM=8A， IB=120mA 电压参数： UCEO=UCBO=100V， UEBO=5V 功 率： Ptot=65W 放大倍数： IC/ IB=250 测试得出，电磁铁在额定条件下吸合时的电阻为 9Ω，由此计算出其所需电流为 12 V /9Ω =，经过选择比较，达林顿管 TIP127 的电压、电流等参数能完全满足本系统中对电磁铁的驱动要求且性能稳定、性价比高。 光电耦合器 TLP113 光电耦合器 是一种电信号的耦合器件 ， 对输入、输出电信号起隔离作用。 一般是将发光二极管和光敏三极管的光路耦合在一起，输入和输出之间不可共地，输 入电信号加于发光二极管上，输出信号由光敏三极管取出。 光电耦合器以光电转换原。