基于單片機(jī)的自動(dòng)抽紙系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、宿州學(xué)院2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的自動(dòng)抽紙系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 分類(lèi)號(hào)：TU824.1題 目: 基于單片機(jī)的自動(dòng)抽紙系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2014年 5月 15 日摘 要本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)出一套蹲便器自動(dòng)抽紙系統(tǒng)。本系統(tǒng)由單片機(jī)，紅外傳感器，激光傳感器，步進(jìn)電機(jī)和一些控制模塊組成。利用單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)人方便后自動(dòng)抽出一定長(zhǎng)度的紙的功能。單片機(jī)負(fù)責(zé)把采集到的數(shù)據(jù)處理后與控制模塊通信。通過(guò)紅外線來(lái)探測(cè)是否有人進(jìn)入系統(tǒng)范圍，根據(jù)紅外線輻射的能量進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)到有人后經(jīng)紅外傳感器把信號(hào)發(fā)送給中心系統(tǒng)，同時(shí)指示燈亮，進(jìn)行提示。當(dāng)有人方便時(shí)，按下按鍵，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)出紙

2、。通過(guò)實(shí)踐，我們小組成功的做出了自動(dòng)抽紙系統(tǒng)并且拍攝了實(shí)物圖，本系統(tǒng)用料簡(jiǎn)單，無(wú)論從方法和用料都是具有可行性的。關(guān)鍵詞：通信；紅外；步進(jìn)電機(jī)；STC89C52ABSTRACTThe system uses a set of single-chip design STC89C52 Pissing automatic pumping paper system. The system consists of microcontroller, infrared sensors, laser sensors, stepper motors and some control module. Use of

3、microcontroller, stepper motor for automatic extraction of people after a certain length of paper to facilitate the function. MCU responsible for processing the collected data communication with the control module. Via infrared to detect if someone enters the system-wide, according to the energy det

4、ect infrared radiation detected by the infrared sensor after someone sends signals to a central system, and indicator lights, prompting. When someone convenient, press the button, the system will automatically eject. Through practice, the success of our team to make an automatic pumping system and s

5、hoot a real paper map, the system is simple to use material from both the methods and the materials used are feasible.Keywords: Communicate; Infrared; Stepper motor; STC89C52 目 錄緒論11 設(shè)計(jì)思路與方案11.1 設(shè)計(jì)思路11.2 設(shè)計(jì)方案12 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及特性22.1 步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介22.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)22.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理33 硬件電路設(shè)計(jì)53.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路53.2 控制模塊103.3 驅(qū)

6、動(dòng)模塊103.4 激光檢測(cè)電路輸出133.5 串口通信模塊134 軟件設(shè)計(jì)144.1 程序流程圖144.2 系統(tǒng)主程序154.3 定時(shí)中斷設(shè)計(jì)164.4 外部中斷設(shè)計(jì)174.5 Proteus仿真軟件174.6 本次系統(tǒng)的仿真圖185 PCB板設(shè)計(jì)及硬件調(diào)試195.1 PCB制作過(guò)程195.2 硬件調(diào)試PCB205.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖20結(jié)束語(yǔ)22參考文獻(xiàn)23附 錄24致 謝29 基于單片機(jī)的自動(dòng)抽紙系統(tǒng)設(shè)計(jì)緒論在一些人流量較大的地方，例如游樂(lè)場(chǎng)、商場(chǎng)或者大型的公共場(chǎng)所。傳統(tǒng)的公共廁所節(jié)水效果不理想，很容易被人為的損毀，并且可能滋生很多細(xì)菌。對(duì)于環(huán)境污染而言，手動(dòng)抽紙無(wú)疑是有害無(wú)益的，并且對(duì)于

7、人類(lèi)的身體健康都有顯著地影響。為了節(jié)約水源和保證紙張的不浪費(fèi)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，便設(shè)計(jì)了一個(gè)采用STC89C52單片機(jī)的蹲便器自動(dòng)抽紙系統(tǒng)。利用單片機(jī)、紅外和激光傳感器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，來(lái)實(shí)現(xiàn)人方便以后自動(dòng)抽紙的功能。在當(dāng)今這個(gè)當(dāng)節(jié)約成為一種潮流的時(shí)代，仍舊存在這一群人，對(duì)公共財(cái)物一點(diǎn)不節(jié)約，從而造成手動(dòng)抽紙大量浪費(fèi)，若是改造成自動(dòng)抽紙，便可以達(dá)到節(jié)約紙張的目的。隨著人們的生活品質(zhì)逐漸提高，自動(dòng)抽紙系統(tǒng)可以滿足對(duì)于人們生活空間的自動(dòng)化需求，達(dá)到衛(wèi)生和節(jié)約的完美結(jié)合. 隨著新科技的發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)在這個(gè)新科技產(chǎn)業(yè)中占有一席之地。例如在自動(dòng)化領(lǐng)域，當(dāng)二者相結(jié)合的時(shí)候，既可以完成智能自動(dòng)控制，又可以讓自

8、動(dòng)抽紙的功能得以實(shí)現(xiàn)，為廣大市民提供了更加貼心和人性化的服務(wù)。1 設(shè)計(jì)思路與方案1.1 設(shè)計(jì)思路在客流量較多的場(chǎng)所，手動(dòng)抽紙裝置效果不佳，使用壽命短，已是個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)。不僅不衛(wèi)生而且細(xì)菌滋生勢(shì)必對(duì)人類(lèi)健康有影響。因此要設(shè)計(jì)出一個(gè)合理而且方便實(shí)施的自動(dòng)抽紙系統(tǒng)。在科技發(fā)展史的長(zhǎng)河中，單片機(jī)的應(yīng)用與普及是人們始料未及的。本系統(tǒng)所采用的STC89C52芯片是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 。在單芯片上，8位的CPU有一個(gè)靈活的系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，使得STC89C52為許多嵌入式控制應(yīng)用提供高度靈活，超有效的解決方案。與傳統(tǒng)的AT89C51單片機(jī)，它可以直接

9、用于與串行下載功能，速度更快，使用更方便比較。1.2 設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)用STC89C52微控制器單元與外部電源相連接，復(fù)位晶體，MAX232電平轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)及信號(hào)輸出系統(tǒng)，以形成最小的單芯片系統(tǒng)電路。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)主要由紅外傳感器和激光傳感器。主要的紅外傳感器，以檢測(cè)是否有人使用廁所，激光傳感器是用來(lái)檢測(cè)是否有紙張用完。紅外傳感器檢測(cè)系統(tǒng)激光傳感器主控制器供電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)抽紙系統(tǒng)圖1系統(tǒng)框圖2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及特性2.1 步進(jìn)電機(jī)的簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖到的角位移或致動(dòng)器的線性位移。它簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，將驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，以設(shè)置一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角

10、）的旋轉(zhuǎn)方向。我們可以控制脈沖的數(shù)量來(lái)控制的角位移，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位;同時(shí)我們也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，以達(dá)到調(diào)速的目的。在非過(guò)載，電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，停止的位置只取決于脈沖頻率和脈沖信號(hào)，這不會(huì)影響，即一個(gè)脈沖信號(hào)被施加到電機(jī)的負(fù)荷改變的次數(shù)，電機(jī)被接通一個(gè)步驟角。存在的這種線性關(guān)系，具有不累積誤差只有周期性誤差的步進(jìn)電機(jī)等。使得在速度控制，位置等來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的領(lǐng)域變得非常簡(jiǎn)單，精度高。原則上，步進(jìn)電機(jī)是一種低速同步電動(dòng)機(jī)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了兩相或三相步進(jìn)電機(jī)皆可。2.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1) 步進(jìn)電機(jī)的精度一般是3-5的踩踏角度和角位移正比，與輸入脈沖不累積誤差，有

11、良好的追隨性。2) 步進(jìn)電機(jī)的表面不允許溫度過(guò)高。首先，使步進(jìn)電機(jī)溫度退磁磁電機(jī)，導(dǎo)致扭矩下降，甚至進(jìn)一步的損失;一般來(lái)說(shuō)，磁退磁點(diǎn)高于130攝氏度，有的甚至高達(dá)200攝氏度，所以步進(jìn)電機(jī)表面溫度在80-90度才是正常工作溫度。3) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度的增加成反比。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各相的電動(dòng)機(jī)繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì);頻率越高，反電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，隨著頻率的電動(dòng)機(jī)（或速度）的增加相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。4) 數(shù)控系統(tǒng)由一個(gè)開(kāi)環(huán)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器電路組成，都非常簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，并且很可靠。同時(shí)，它也可以是該組合物和角反饋

12、回路數(shù)控系統(tǒng)性能的一部分。5) 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停，正反轉(zhuǎn)及變速。6) 步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。7) 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。2.3 步進(jìn)電機(jī)的工作原理2.3.1 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)(三相)圖2 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，步進(jìn)電機(jī)分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分：定子：由硅鋼片疊成的，定子上有6大磁極，每2個(gè)相對(duì)的磁極（N，S）組成一對(duì)，共有3對(duì)。定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。 0、1/3、2/3，（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/

13、3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A'與齒5相對(duì)齊，（A'就是A，齒5就是齒1）。 轉(zhuǎn)子：由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒，與定子上的小齒并且小齒的大小相同，間距相同。2.3.2 對(duì)齒和錯(cuò)齒 圖3 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于電磁力，只有電機(jī)存在錯(cuò)齒現(xiàn)象才能轉(zhuǎn)動(dòng)。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率的位置，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的位置，并處于平衡狀態(tài)，如圖3中的A相位置，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為對(duì)齒。而對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，當(dāng)某一相得磁極處于最大磁導(dǎo)位置時(shí)，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置，即定子和轉(zhuǎn)子不對(duì)齊位置，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為錯(cuò)齒。2.3.3 工作原理圖4 步進(jìn)電

14、機(jī)三相接線圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類(lèi)推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路3.1.1 STC89C52簡(jiǎn)介圖5 STC89C52引腳圖5是STC89C52的引

15、腳圖，引腳功能說(shuō)明：VCC（40引腳）：電源電壓VSS （20引腳）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引腳）：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL負(fù)載，對(duì)端口P0寫(xiě)入“1”時(shí)，可以作為高阻抗輸入。在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以提供低8位地址和8位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0P1.7，18引腳）：P1口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或者輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部

16、上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。P2端口（P2.0P2.7，2128引腳）：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。P2作為輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)Flash ROM編程和程序校驗(yàn)期間，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3端口（P3.0P3.7，1017引腳）：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)

17、動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫(xiě)入1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時(shí)可用作輸入口。P3做輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸入一個(gè)電流。在對(duì)Flash ROM編程或程序校驗(yàn)時(shí)，P3還接收一些控制信號(hào)。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復(fù)用功能，如表1所示：表1 P3口引腳復(fù)用功能引腳號(hào)復(fù)用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0（外部中斷0）P3.3INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0的外部輸入）P3.5T1（定時(shí)器1的外部輸入）P3.6WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7RD（外部數(shù)據(jù)存

18、儲(chǔ)器讀選通）RST（9引腳）：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。ALE/PROD（30引腳）：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。PSEN（29引腳）：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)STC89C52從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP（31引腳）：訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，E

19、A必須接GND。注意加密方式1時(shí)，EA將內(nèi)部鎖定位RESET。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。不應(yīng)將“1”寫(xiě)入未定義的單元，由于這些單元在將來(lái)的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“0”。并非所有的地址都被定義，從80HFFH共128個(gè)字節(jié)只有一部分被定義。還有相當(dāng)一部分沒(méi)有定義。對(duì)沒(méi)有定義的單元讀寫(xiě)將是無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫(xiě)入的數(shù)據(jù)也將丟失。STC89C52除了有定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)

20、器/計(jì)數(shù)器1之外，還增加了一個(gè)一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的控制和狀態(tài)位位于T2CON和T2MOD（見(jiàn)表2）。表2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2控制寄存器各位功能說(shuō)明符號(hào)功能TF2定時(shí)器2溢出標(biāo)志。定時(shí)器2溢出時(shí)，又由硬件置位，必須由軟件清0.當(dāng)RCLK=1或TCLK=1時(shí)，定時(shí)器2溢出，不對(duì)TF2置位。EXF2定時(shí)器2外部標(biāo)志。當(dāng)EXEN2=1，且當(dāng)T2EX引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變而出現(xiàn)捕獲或重裝載時(shí)，EXF2置位，申請(qǐng)中斷。此時(shí)如果允許定時(shí)器2中斷，CPU將響應(yīng)中斷，執(zhí)行定時(shí)器2 中斷服務(wù)程序，EXF2必須由軟件清除。當(dāng)定時(shí)器2工作在向上或向下計(jì)數(shù)方式時(shí)（DCEN=1），EXF2不能激活中斷。RCLK

21、接收時(shí)鐘允許。RCLK=1時(shí)，用定時(shí)器2溢出脈沖作為串口（工作于工作方式1或3時(shí)）的接收時(shí)鐘，RCLK=0，用定時(shí)器1的溢出脈沖作為接收脈沖TCLK發(fā)送時(shí)鐘允許。TCLK=1時(shí)，用定時(shí)器2溢出脈沖作為串口（工作于工作方式1或3時(shí)）的發(fā)送時(shí)鐘，TCLK=0，用定時(shí)器1的溢出脈沖作為發(fā)送脈沖EXEN2定時(shí)器2外部允許標(biāo)志。當(dāng)EXEN2=1時(shí)，如果定時(shí)器2未用于作串行口的波特率發(fā)生器，在T2EX端口出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖時(shí)，激活定時(shí)器2捕獲或者重裝載。EXEN2=0時(shí)，T2EX端的外部信號(hào)無(wú)效。TR2定時(shí)器2啟動(dòng)/停止控制位。TR2=1時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器2.C/T2定時(shí)器2定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式控制位。C/T2=0

22、時(shí)，選擇定時(shí)方式，C/T2=1時(shí)，選擇對(duì)外部事件技術(shù)方式（下降沿觸發(fā)）。定時(shí)器2是一個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。通過(guò)設(shè)置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可將其作為定時(shí)器或計(jì)數(shù)器（特殊功能寄存器T2CON的描述如表4所列）。定時(shí)器2有3種操作模式：捕獲、自動(dòng)重新裝載（遞增或遞減計(jì)數(shù)）和波特率發(fā)生器，這3種模式由T2CON中的位進(jìn)行選擇。3.1.2 MAX232芯片簡(jiǎn)介圖6 MAX232芯片圖6是MAX232的芯片圖，其中，第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、

23、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5V）。3.1.3 復(fù)位電路手動(dòng)復(fù)位：按下開(kāi)關(guān)S1，RST點(diǎn)的電位電壓就是R4兩端電壓，又知RST接單片機(jī)的9號(hào)復(fù)位引腳，單片機(jī)高電平大于3.5V，而R4兩端電壓約4.5V，而人的反應(yīng)時(shí)間大于0.1s，遠(yuǎn)大于兩個(gè)機(jī)器周期2us，所以按下開(kāi)關(guān)S1，復(fù)位引腳持續(xù)時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，手動(dòng)復(fù)位可完成。上電復(fù)位

24、：上電開(kāi)始電容C1相當(dāng)于短路，RST點(diǎn)電位約5V，大于3.5V，復(fù)位引腳為高電平，隨著不斷向電容充電，當(dāng)其兩端電壓達(dá)到1.5V，復(fù)位引腳高電平超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期，上電復(fù)位完成。圖7 復(fù)位電路圖3.1.4 供電電路主要為單片機(jī)提供電源，當(dāng)開(kāi)關(guān)K1撥動(dòng)到ON時(shí)，單片機(jī)上電開(kāi)始工作，否則單片機(jī)掉電，停止工作。圖8 供電電路3.1.5 晶振電路晶振電路的主要作用提供工作信號(hào)脈沖，在此電路中采用的頻率11.0592MHz。電路圖如下：圖9 晶振電路3.2 控制模塊使用40針STC89C52單片機(jī)的雙列直插式封裝HMOS制造過(guò)程中，除了一個(gè)40針的雙列直插式封裝類(lèi)型，還有個(gè)正方形類(lèi)封裝。40管腳雙列直插式封

25、裝管腳圖如7圖所示。由微控制器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)的占空比通常為約0.3至0.4，較高的電機(jī)速度，更大的占空比。信號(hào)分配實(shí)際上是按照某種控制（根據(jù)需要選擇）的順序發(fā)送一個(gè)脈沖序列，以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的方向的目的。圖10單片機(jī)管腳圖3.3 驅(qū)動(dòng)模塊ULN2004A是一種低功耗的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。57電機(jī)完美搭檔，同時(shí)可以用于42、50型步進(jìn)電機(jī)，性能比較優(yōu)秀的一款驅(qū)動(dòng)。電流設(shè)定方法為撥碼開(kāi)關(guān)分檔可調(diào)，板子背面印好了參數(shù)設(shè)定表格，以方便調(diào)節(jié)。圖11 ULN2004A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片圖12 ULN2004A 實(shí)物圖接線端子定義說(shuō)明信號(hào)輸入端：1) CP+：脈沖信號(hào)輸入正端。2) CP-：脈沖信號(hào)

26、輸入負(fù)端。3) DIR+：電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制正端。4) DIR-：電機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制負(fù)端。5) EN+：電機(jī)脫機(jī)控制正端。6) EN-：電機(jī)脫機(jī)控制負(fù)端。7) 電機(jī)繞組連接：8) A+：連接電機(jī)繞組A+相。9) A-：連接電機(jī)繞組A-相。10) B+：連接電機(jī)繞組B+相。11) B-：連接電機(jī)繞組B-相。工作電壓的連接：VCC：連接直流電源正（注意：10VVCC32V）。GND：連接直流電源負(fù)。細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)定:細(xì)分?jǐn)?shù)是以驅(qū)動(dòng)板上的撥盤(pán)開(kāi)關(guān)選擇設(shè)定的，根據(jù)細(xì)分選擇表的數(shù)據(jù)設(shè)定（最好在斷電情況下設(shè)定）。細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計(jì)算：步距角=電機(jī)固有步距角/細(xì)分?jǐn)?shù)。如：一臺(tái)固有步距角為3.6°

27、;的步進(jìn)電機(jī)在16細(xì)分下步距角為3.6°/16=0.225°。驅(qū)動(dòng)板上撥碼開(kāi)關(guān)1、2、3分別對(duì)應(yīng)M1、M2、M3。具體細(xì)分對(duì)應(yīng)情況如表3所示。表3細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置表M3M2M1細(xì)分?jǐn)?shù)ONONON1ONONOFF2ONOFFON4ONOFFOFF8OFFONON16OFFONOFF32OFFOFFON64OFFOFFOFF128電流大小設(shè)定:電流大小由撥碼開(kāi)關(guān)S4、S5、S6（分別對(duì)應(yīng)撥碼開(kāi)關(guān)上的4、5、6號(hào)）選擇，電流六檔可選。電流大小設(shè)定情況如表4所示。表4 電流大小設(shè)定表3.4 激光檢測(cè)電路輸出圖13 激光檢測(cè)電路 圖14紅外電路實(shí)物圖檢測(cè)距離的失調(diào)，一旦調(diào)節(jié)電位器

28、，在范圍內(nèi)輸出，讓單片機(jī)識(shí)別。激光傳感器也可以使用適用于電路，用于檢測(cè)是否蹲便器抽紙用完了類(lèi)似的功能檢測(cè)。信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)主要由紅外傳感器和激光傳感器兩部分組成。該系統(tǒng)采用一個(gè)3厘米50厘米可調(diào)紅外線避障傳感器，這是一組在所述光電傳感器中的一個(gè)發(fā)送和接收的。正面操作，產(chǎn)量高，有障礙的輸出端口由高變低。一上電時(shí)，以調(diào)節(jié)檢測(cè)距離的障礙，一旦調(diào)節(jié)電位器的背面時(shí)，輸出為低范圍內(nèi)，給微控制器來(lái)識(shí)別。紅外傳感器采用一體化紅外遙控接收器SM0038， 1腳接5V電源，2 腳接單片機(jī)的P0.0 口， 3腳接地。若無(wú)人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，指示燈滅。若有人進(jìn)入感應(yīng)區(qū)，紅外傳感器探測(cè)到來(lái)9人體的紅外輻射，此時(shí)接收端2腳的信號(hào)變

29、為低電平，指示燈亮。根據(jù)這一原理，單片機(jī)的P0.0 口根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的高低電平，來(lái)辨別足否有人。我們也可以通過(guò)燈的亮火來(lái)判斷紅外傳感器是否正在工作。3.5 串口通信模塊串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線上，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的，它的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，因此其成本低，適用于遠(yuǎn)距離通信。在這里我們采用MAX232作為主要的芯片來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)。因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動(dòng)能力,所以不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。圖15 串行通信電路4 軟件設(shè)計(jì)4.1 程序流程圖下面系統(tǒng)程序總流程圖。是開(kāi)始初始化檢測(cè)是否有人按下按鈕抽取定量紙是否需要用到紙是否否圖16 系統(tǒng)程序流程圖4.

30、2 系統(tǒng)主程序主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)判斷等。若初始化P1=11H、速度和方向初始值均設(shè)為0，就意味著步進(jìn)電機(jī)按雙相運(yùn)行，系統(tǒng)上電后在沒(méi)有操作的情況下，步進(jìn)電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“0”，速度值顯示“0”，主程序流程圖如圖17所示。圖17 主程序流程圖4.3 定時(shí)中斷設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)傳遞到電機(jī)繞組，主要是在一定的時(shí)間定期連續(xù)地通入電流，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該間隔越短，速度更快。在這個(gè)系統(tǒng)中，重復(fù)間隔定時(shí)器中斷是由若干倍產(chǎn)生，是監(jiān)管規(guī)范間隔定時(shí)器中斷，因此定時(shí)器中斷程序，要做的工作是確定電機(jī)運(yùn)行的主要方向，使在下一個(gè)脈沖，并在當(dāng)前的各種狀態(tài)

31、的保存。程序流程圖如圖18所示。圖18 定時(shí)中斷設(shè)計(jì) 圖19 外部中斷設(shè)計(jì)4.4 外部中斷設(shè)計(jì)可以根據(jù)數(shù)據(jù)的按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)外部中斷工作，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)域（決定時(shí)中斷數(shù)據(jù)的數(shù)量），從而改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率和速度的增加。按鈕1為INT0中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當(dāng)值等于9時(shí)，不改變?cè)瓟?shù)值返回，小于9時(shí)，數(shù)據(jù)加1后返回；按鈕2，當(dāng)原數(shù)據(jù)不為1，減1保存數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)為1則保持不變。程序流程圖如圖19所示。4.5 Proteus仿真軟件1 Proteus仿真軟件的介紹： Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正

32、實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，其處理器模型支持8051、AVR、ARM、8086等。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器11。2 Proteus仿真軟件的功能特點(diǎn)：Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：1原理布圖2PCB自動(dòng)或人工布線3SPICE電路仿真功能特點(diǎn)1互動(dòng)的電路仿真用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如RAM，ROM，鍵盤(pán)，馬達(dá)，LED，L

33、CD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。2仿真處理器及其外圍電路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機(jī)。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型4.6本次系統(tǒng)的仿真圖圖20 系統(tǒng)仿真圖5 PCB板設(shè)計(jì)及硬件調(diào)試5.1 PCB制作過(guò)程1 原理圖繪制 在PCB生產(chǎn)的第一步是示意圖，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，建立PCB構(gòu)建原理圖并項(xiàng)目，生成新的集成庫(kù)項(xiàng)目。在該示意圖的過(guò)程中，已經(jīng)在庫(kù)中存在的元素可以選擇，無(wú)組件應(yīng)參閱相關(guān)的信息組件，在工具欄里有很多新元素，多個(gè)組件的功能里面創(chuàng)建一個(gè)新的子項(xiàng)目。該行的示意圖，應(yīng)選擇正確的線，如果線是太多的復(fù)雜性可以選擇使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽，同一個(gè)名字的標(biāo)簽是網(wǎng)絡(luò)連接

34、，由于相應(yīng)的元件值，所以應(yīng)當(dāng)用特殊的標(biāo)記區(qū)分。2 元件封裝下一步就是對(duì)元件進(jìn)行封裝，雙擊元件添加Footprint，“PCB庫(kù)”選擇任意。單擊“瀏覽”，選擇相應(yīng)的庫(kù)，找到相應(yīng)元件的封裝，或者單擊“發(fā)現(xiàn)”，輸入封裝的名稱(chēng)查找。如果庫(kù)里面沒(méi)有相應(yīng)的元件的封裝，則必須在集成庫(kù)下的PCB元件庫(kù)里面，根據(jù)芯片（元件）的資料，新建封裝。做好新封裝，可以在原理圖庫(kù)里面將新建元件關(guān)聯(lián)起來(lái)，然后編譯。在右方就會(huì)生成自己新建的庫(kù)。3 電路板（PCB）編輯器用封裝好的原理圖，生成PCB板，步驟是：設(shè)計(jì)Update PCB Docment執(zhí)行更改進(jìn)入印刷電路板（PCB）編輯器的編輯環(huán)境。啟動(dòng)編輯器后，用戶對(duì)元件的布置

35、參數(shù)，板層參數(shù)、布線參數(shù)等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。參數(shù)的設(shè)定是在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下盡量符合個(gè)人習(xí)慣，所以因人而異。線寬約束為15-30mil，大小在10*10cm以內(nèi)。4 布置元件設(shè)置電路板的尺寸和形狀，并加載網(wǎng)絡(luò)表后，程序會(huì)自動(dòng)加載組件和自動(dòng)處理電路板的邊界內(nèi)的元素。雖然該方案可以根據(jù)電路板尺寸的各種組件的位置自動(dòng)排列，但畢竟不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，因此用戶還能對(duì)部件的位置，以便成功地進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整一下布局。5 手動(dòng)布線與手工調(diào)整Altium Designer 9的自動(dòng)布線功能十分強(qiáng)大，設(shè)置各種參數(shù)只要數(shù)據(jù)合理、元器件擺放的位置恰當(dāng)，自動(dòng)布線出的板子一般都不會(huì)有問(wèn)題。但是，由于算法的限制以及用戶的特殊

36、要求或習(xí)慣，自動(dòng)布線也有很多讓人不滿意的地方，我們必須靠手工進(jìn)行布線和跳幀調(diào)整來(lái)達(dá)到我們的滿意程度。6 PCB文件的保存印刷電路板的布線任務(wù)完成后，我們應(yīng)當(dāng)及時(shí)的保存文件，用于日后電路板雕刻的使用。PCB板讓廠家預(yù)定生產(chǎn)，或者在學(xué)校的機(jī)器中印刷皆可。5.2 硬件調(diào)試PCB使用單層的電路板的設(shè)計(jì)。為了使布線盡可能短，根據(jù)信號(hào)的元件貼裝工藝布局。最終部件放置在PCB上為： 有固定位置的元件，如電源插座，開(kāi)關(guān)，連接器等等這些功能元器件被放好后，這些設(shè)備的地方，將被鎖定，這樣他就不會(huì)被誤移動(dòng)。在PCB板的設(shè)計(jì)，要考慮到電路元件的抗干擾能力，以減少寄生電容，較好地保證振蕩器的穩(wěn)定性和可靠性。完成的PCB

37、如圖21(a)、(b)所示。(a)(b)圖21 PCB板（a） 最小系統(tǒng)PCB;（b） 主控制模塊PCB5.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)物圖 (a) (b) (c) (d) (e)圖22 自動(dòng)抽紙系統(tǒng) (a)中心主控系統(tǒng) (b)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 (c)電源模塊 (d)紅外模塊 (e)實(shí)物圖結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)ULN2004A芯片進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，同時(shí)由紅外傳感器和激光傳感器同步實(shí)現(xiàn)控制，由相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)人來(lái)自動(dòng)抽紙、人走停止自動(dòng)抽紙的功能。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件電路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮的編程靈活性，以

38、滿足系統(tǒng)要求的軟件部分的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)實(shí)際測(cè)試表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，實(shí)用性，人性化操作界面簡(jiǎn)單方便，性價(jià)比高。根據(jù)工作原理和硬件設(shè)計(jì)原理，本文從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)做了仔細(xì)的分析和比較，最終確定一個(gè)完整的可行的解決方案。為了驗(yàn)證一個(gè)系統(tǒng)的可行性，功能可靠性和程序驗(yàn)證，我也制作了硬件電路。硬件電路設(shè)計(jì)驗(yàn)證程序的可行性，在調(diào)試過(guò)程中，也得到了滿意的效果，很好的驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性。22參考文獻(xiàn)1 鮑磊,馬鴻飛.單片機(jī)應(yīng)用Modbus RTU通信的伺服控制系統(tǒng)J.制造業(yè)自動(dòng)化,2014,03:48-51.2 翁鵬飛,邱月陽(yáng). 單片機(jī)應(yīng)用中若

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42、chnology, China:,2010:4.附 錄系統(tǒng)C程序的源碼：主程序文件源碼：#include<reg52.h>#include "step.h"#include "wt5001.h"sbit LedZhi=P21; /有無(wú)紙狀態(tài)指示燈sbit ChongShui=P24;/沖水sbit JGren=P04;sbit JGzhi=P05; /檢測(cè)紙的激光sbit Out=P34;/出紙按鍵sbit MusicStop=P35;int time=0,ChongShui_RunTime=0; unsigned char flag=0,C

43、hongShuiflag=0,ovre_music=0;bit Musicflag=0;unsigned char MusicDat=0,Music;/void delayms(int ms)int i;while(ms-)for(i=0;i<120;i+);main()ChongShui=1;init();rse:TMOD=0x12;/EA=1;ET1=1;TR1=1;time=0;Musicflag=0;ChongShui_RunTime=0;while(1)if(flag!=0)if(flag=1)if(Out=0)delayms(100);while(Out=0);flag=2;

44、if(flag=2)Step(1000); /步數(shù)可調(diào)flag=3;if(MusicStop=0)delayms(100);while(MusicStop=0);mp3(69);Musicflag=Musicflag;if(ChongShuiflag=1)ChongShui=0;delayms(3000);ChongShuiflag=0;ChongShui=1;flag=0;goto rse; void Timer1_ISR(void) interrupt 3TH1=(65536-110592*5/12)>>8;/11.0592Mhz 50ms TL1=65536-110592*5/12;MusicDat+;i