基于單片機(jī)的監(jiān)控電子?jì)雰捍蚕到y(tǒng)

1、基于單片機(jī)的監(jiān)控電子?jì)雰捍蚕到y(tǒng)【摘 要】 自從我國開展計(jì)劃生育以來，很多家庭基本都是獨(dú)生子女，所以對(duì)獨(dú)生子女的培養(yǎng)傾注了大量的心血，這其中對(duì)新生嬰兒的照顧更是無微不至。由此催生了月嫂、保姆等家政行業(yè)的迅速發(fā)展。年輕的爸爸媽媽面臨著巨大的生活壓力，白天需要上班，不得不聘請(qǐng)保姆在家照顧孩子，但又時(shí)常擔(dān)心孩子沒能受到保姆及時(shí)的照料。本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的監(jiān)控電子?jì)雰捍?，該系統(tǒng)借由聲控系統(tǒng)、溫度、濕度采集電路采集不同的場(chǎng)景信息，使用系列的單片機(jī)作為此嬰兒床的系統(tǒng)的控制單元，可根據(jù)不同的情況控制電路中的LED燈和蜂鳴器通知保姆及時(shí)發(fā)現(xiàn)孩子問題，若孩子問題沒能及時(shí)得到解決，短信模塊將發(fā)送不同的場(chǎng)景

2、信息給孩子的監(jiān)護(hù)人，從而讓孩子的監(jiān)護(hù)人實(shí)時(shí)了解小孩的受照顧情況?！娟P(guān)鍵詞】單片機(jī)；聲音控制電路；GSM 短信監(jiān)控；絕對(duì)溫度、絕對(duì)濕度；1.引 言人們對(duì)智能化的生活越來越向往，加之，移動(dòng)通信是達(dá)到通信最終目的的有效手段，它在商業(yè)市場(chǎng)上所具有的巨大潛力已經(jīng)越來越多地被人們所認(rèn)識(shí)1。同時(shí)單片機(jī)完成了由模擬電路和數(shù)字電路的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式過渡到以軟件設(shè)計(jì)為主體的微控制技術(shù)時(shí)代。使得單片機(jī)在各種各樣的生活場(chǎng)景中得到了廣泛的應(yīng)用。所以催生了我利用單片機(jī)，再結(jié)合移動(dòng)通信做出這款基于單片機(jī)的監(jiān)控電子?jì)雰捍蚕到y(tǒng)的想法?，F(xiàn)階段，在大部分的中國家庭中都擁有獨(dú)生子女，中國家長們對(duì)獨(dú)生子女的照顧和呵護(hù)可謂到了無微不至的地步

3、?！拔购煤⒆?，好好地愛護(hù)他”，這可能是一個(gè)還不錯(cuò)的醫(yī)生對(duì)父母的忠告2 。一個(gè)孩子從嬰兒到兒童，再到青年，然后再到自立，這一個(gè)期間父母無時(shí)無刻不在付出和投入心血。特別是嬰兒時(shí)期的投入，年輕的爸爸媽媽們?nèi)鄙僬疹檵雰旱慕?jīng)驗(yàn)并且面臨著巨大的生活壓力，不得不聘請(qǐng)保姆來照顧嬰兒。但對(duì)孩子與生俱來的愛，又使他們擔(dān)心孩子得不到保姆及時(shí)的照顧。目前市場(chǎng)上的嬰兒床產(chǎn)品都無法滿足父母對(duì)保姆照顧孩子不周的擔(dān)憂，所以才有了我做這款產(chǎn)品的想法。該嬰兒床設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)階段獨(dú)生子女父母對(duì)保姆照顧嬰兒不周的擔(dān)憂，利用單片機(jī)的控制技術(shù)，并結(jié)合GSM短信監(jiān)控設(shè)計(jì)出具有監(jiān)控功能的電子?jì)雰捍蚕到y(tǒng)。當(dāng)出現(xiàn)父母擔(dān)憂的幾種情況時(shí)，該系統(tǒng)在一定的

4、時(shí)間之后會(huì)自動(dòng)發(fā)送短信給孩子監(jiān)護(hù)人，從而讓監(jiān)護(hù)人實(shí)時(shí)了解孩子的情況，能夠安心工作。該嬰兒床系統(tǒng)具有價(jià)錢便宜、功能實(shí)用、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。我設(shè)計(jì)的這款監(jiān)控嬰兒床，外觀上尚需潤色不少，比如步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)搖床功能要怎么具體的實(shí)現(xiàn)，此系統(tǒng)中只用步進(jìn)電機(jī)來模擬；還有具體的嬰兒床模型沒有做出來；溫度傳感器和濕度傳感器放置在哪里效果最佳，并能實(shí)現(xiàn)所要求的功能。但設(shè)計(jì)的GSM短信監(jiān)控功能，能夠很好的滿足嬰兒父母的心理跟生理上的需求。2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)框圖圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2-1為本系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由圖可見該系統(tǒng)由9部分組成：微控制器： 因?yàn)锳T89S52是一種低功耗、高性能COMS8位微控制器

5、，具有8K在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器3。采用AT89S52系列單片機(jī)作為系統(tǒng)核心芯片，依據(jù)系統(tǒng)收集到的信號(hào)做出相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理動(dòng)作和控制操作動(dòng)作。聲控電路： 該電路負(fù)責(zé)對(duì)超過一定分貝聲音的采集，從而達(dá)到啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的條件。溫度采集電路： 該電路負(fù)責(zé)采集相應(yīng)的環(huán)境溫度，并送達(dá)微控制器進(jìn)行處理。濕度采集電路： 此電路用來采集相應(yīng)的環(huán)境濕度，傳遞到相應(yīng)的模塊進(jìn)行處理。步進(jìn)電機(jī)： 用該模塊來模擬嬰兒床搖動(dòng)的功能。LED燈： 在該系統(tǒng)中LED突然發(fā)出的亮光能夠?qū)崿F(xiàn)提醒保姆及時(shí)照顧嬰兒，查看是否尿床或者沒有蓋被子等情況蜂鳴器： 在此系統(tǒng)中蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，用來提醒保姆及時(shí)查看嬰兒是否尿床或者踢被子等情況

6、發(fā)生。GSM模塊： 該模塊與單片機(jī)通過杜邦線相連，單片機(jī)采集到相應(yīng)的信號(hào)，根據(jù)不同信號(hào)做出不同的數(shù)據(jù)處理，在一定的條件下，控制該模塊做出朝相應(yīng)的手機(jī)發(fā)送短信的命令。系統(tǒng)供電電路：為報(bào)警系統(tǒng)的工作提供穩(wěn)定的直流穩(wěn)壓電源。2.2 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)開始工作后，電子?jì)雰捍蚕到y(tǒng)會(huì)根據(jù)下列出現(xiàn)的不同情況，做出不同的處理： 1.每次嬰兒在晚上號(hào)哭時(shí)通過聲音控制電路控制電機(jī)自動(dòng)晃動(dòng)，當(dāng)嬰兒的哭聲大于一定分貝時(shí)，啟動(dòng)晃動(dòng)系統(tǒng)，晃動(dòng)速度可調(diào)；2.聲控模塊可以由開關(guān)控制啟動(dòng)和關(guān)閉；3.每次孩子撒尿?qū)е卤蛔訚窳藭r(shí)，通過濕度感應(yīng)器的信號(hào)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警，蜂鳴器啟動(dòng)發(fā)聲，LCD上顯示W(wǎng)ET；4.溫度傳感器在嬰兒被窩進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫

7、，當(dāng)溫度低于正常值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知看護(hù)者及時(shí)給嬰兒蓋被子。蜂鳴器報(bào)警，LCD上顯示溫度。5.帶GSM模塊。當(dāng)尿床超過3分鐘沒處理得話（即保持尿床的那個(gè)濕度超過3分鐘），發(fā)送短信到指定手機(jī)，并顯示內(nèi)容：您的孩子尿床了;當(dāng)孩子哭超過3分鐘（即聲控電路控制的電機(jī)運(yùn)行超過了3分鐘），發(fā)送短信到指定手機(jī)，并顯示：您的孩子哭了。2.3 系統(tǒng)方案論證2.3.1 主控制芯片的選擇與論證主控制芯片我首選我比較熟悉的AT89S52-24PU的單片機(jī)，用這款芯片最關(guān)鍵的因素在于使用該芯片在能夠?qū)崿F(xiàn)本系統(tǒng)所有功能的基礎(chǔ)上，能夠做到成本最低化，避免浪費(fèi)，用最少的錢，做最好的產(chǎn)品?；诖耍疫x擇該系列的單片機(jī)作為

8、本系統(tǒng)的主控制芯片。2.3.2報(bào)警系統(tǒng)的選擇與論證因?yàn)槁暪鈭?bào)警是一種比較傳統(tǒng)的報(bào)警方式，所采用的主要是蜂鳴器和發(fā)光二極管14，所以警系統(tǒng)我采用的是LED發(fā)光報(bào)警和蜂鳴器報(bào)警聲光相結(jié)合的報(bào)警系統(tǒng)，再者還有GSM延時(shí)報(bào)警等3種報(bào)警方式相結(jié)合的形式。為什么要用到這3種報(bào)警方式呢？因?yàn)樗槍?duì)的報(bào)警人群不同。聲光報(bào)警所針對(duì)的人群是嬰兒就近的照顧者，以最快的速度提醒保姆嬰兒實(shí)時(shí)的狀況，這其中包括嬰兒是否哭；嬰兒是否尿床；嬰兒是否踢被子。利用GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防盜報(bào)警具有距離障礙較小，報(bào)警所覆蓋的區(qū)域較廣等優(yōu)點(diǎn)5,所以GSM延時(shí)報(bào)警所針對(duì)的是遠(yuǎn)在寫字樓上班的嬰兒父母，若孩子能夠得到保姆及時(shí)的照料，他們將不會(huì)得到

9、短信提醒，證明這個(gè)保姆是可以信賴的，他們的孩子得到了及時(shí)的照顧；若他們經(jīng)常得到報(bào)警短信，則他們可以根據(jù)具體情況，考慮更換保姆了。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)由AT89S52系列芯片、晶振電路和復(fù)位電路等子電路組成。如圖3-1，AT89S52芯片，在P00-P07引腳接入一個(gè)排阻。這個(gè)做法不僅簡化了PCB的設(shè)計(jì)、安裝，減小空間，還保證焊接質(zhì)量。在本系統(tǒng)中使用兩個(gè)30PF的瓷片電容和一個(gè)12MHz的晶振構(gòu)成系統(tǒng)晶振電路，來提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘脈沖。圖3-2 晶振電路圖3-3 復(fù)位電路在本系統(tǒng)中使用一個(gè)獨(dú)立按鍵S4、一個(gè)10K歐電阻R3和一個(gè)10uf的電容組成系統(tǒng)復(fù)位電路。

10、AT89S52單片機(jī)RESET復(fù)位引腳連接獨(dú)立按鍵S4， 10K歐電阻R3兩端分別接地和AT89S52的RST引腳，10uf電容CR1兩端分別接電源VCC和RST復(fù)位引腳。單片機(jī)的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位信號(hào)是高電平有效6 。圖3-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)3.2 聲控電路的設(shè)計(jì) 聲控電路算是本系統(tǒng)中比較重要的一個(gè)子電路，該電路由主要由直插電容式駐極體話筒MIC1、雙電壓比較器集成電路LM393、發(fā)光二極管D2、1uf電容C1、三極管Q1、電阻R4-R10組成。LM393是常用的電壓比較器，每個(gè)LM393芯片中共有兩個(gè)電壓比較器7。發(fā)光二極管的亮度會(huì)隨著直插電容式駐極體話筒采集的聲音的大小產(chǎn)

11、生明亮變化，聲音越大，發(fā)光二極管越亮。通過聲控電路與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接起來，即能實(shí)現(xiàn)：1.每次嬰兒在晚上號(hào)哭時(shí)通過聲音控制電路控制電機(jī)自動(dòng)晃動(dòng)，當(dāng)嬰兒的哭聲大于一定分貝時(shí)，啟動(dòng)晃動(dòng)系統(tǒng)，晃動(dòng)速度可調(diào)；圖3-2 聲控電路3.3蜂鳴器報(bào)警電路的設(shè)計(jì)如圖3-3，該電路較簡單，由蜂鳴器SPEAK1、三極管Q2和電阻R11組成。三極管Q2的發(fā)射極連接著電源VCC，基極連接1K歐的電阻R11，并連接到單片機(jī)的P24引腳，集電極接蜂鳴器的一端，另一端接地。不同的限流電阻會(huì)對(duì)蜂鳴器的聲音大小產(chǎn)生影響。當(dāng)單片機(jī)I/O口由高電平轉(zhuǎn)化為低電平后，三極管進(jìn)入工作狀態(tài)，電路中的電流形成了一個(gè)回路，蜂鳴器即開始鳴叫了。

12、圖3-3 蜂鳴器報(bào)警電路3.4 獨(dú)立按鍵電路的設(shè)計(jì)如圖3-4，系統(tǒng)中一共使用了三個(gè)獨(dú)立按鍵：S1、S2和S3。其中S1連接單片機(jī)的P13，實(shí)現(xiàn)額定溫度的加量和voice功能的開啟；S2連接單片機(jī)的P14，實(shí)現(xiàn)額定溫度的減量和voice功能的關(guān)閉；S3連接P15，用來實(shí)現(xiàn)功能的切換和選擇。圖3-4 獨(dú)立按鍵電路3.5 模擬搖床（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路）的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來模擬搖床系統(tǒng)，由聲控電路來觸發(fā)。如圖3-5步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O口電流太小，無法驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，因而要

13、連接一個(gè)ULN2003實(shí)現(xiàn)電流的放大作用8。ULN2003的1B-4B端口分別連接單片機(jī)的P20-P23，端口1C-4C分別接到相對(duì)應(yīng)的電機(jī)接口B、C、D、V。圖3-5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.6 短信發(fā)送和短信接收電路的設(shè)計(jì)短信發(fā)送和短信接收采用西門子公司生產(chǎn)的GSM無線通信模塊TC35，因?yàn)檫@個(gè)型號(hào)的GSM模塊與單片機(jī)可以通過TTL電平與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，所以可以將GSM模塊通過杜邦線與單片機(jī)直接相連。這個(gè)模塊的工作電壓在3.3V至5.5V，它可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2W(900M)和1W(1800M)9。該模塊支持文本格式和PDU模式的短消息，使用單片

14、機(jī)或者PC機(jī)控制其收發(fā)短信時(shí)需要采用一系列的AT指令11。另外該模塊具有自啟動(dòng)的功能，模塊上電后會(huì)有一個(gè)初始化的過程，當(dāng)模塊網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)成功后信號(hào)指示燈的閃爍隨即會(huì)發(fā)生變化，模塊即可正常工作。另外該模塊通過獨(dú)特的40引腳的ZIF 連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)的雙向傳輸12。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)主流程圖程序框圖如圖4-1，通電開機(jī)時(shí)，程序開始，初始化系統(tǒng)的程序。單片機(jī)的程序開始時(shí)，若所測(cè)溫度低于設(shè)定好的溫度值，蜂鳴器報(bào)警，LCD顯示當(dāng)前所測(cè)溫度，否則系統(tǒng)無反應(yīng)。若所測(cè)濕度高于設(shè)定好的濕度值，蜂鳴器報(bào)警，LCD顯示W(wǎng)ET，否則系統(tǒng)無反應(yīng)。若所測(cè)濕度值高于設(shè)定好的濕度值大于3MIN，

15、則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信給監(jiān)護(hù)人手機(jī)，短信內(nèi)容為：您的孩子尿床了！在聲控開關(guān)開啟（即VOICE ON）的條件下，采集到的聲音大于額定的分貝 ，系統(tǒng)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)模擬搖床功能；若電機(jī)持續(xù)運(yùn)行3MIN，則系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送短信給監(jiān)護(hù)人手機(jī)，短信內(nèi)容為：您的孩子哭了！圖4-1 系統(tǒng)主流程圖5 制作工藝與調(diào)試5.1 制作工藝5.1.1原理圖和PCB圖的繪制因?yàn)樵诖酥爸蛔鲞^一次萬年歷，還有一次循跡小車，循跡小車還不是一個(gè)非常完美的作品，所以本次設(shè)計(jì)中使用Protel99SE進(jìn)行原理圖的繪制，還是費(fèi)了我挺大的力氣的，沒辦法，動(dòng)手實(shí)踐實(shí)在太少了。在該軟件平臺(tái)中放置所需要使用的各種元件，還要在旁邊進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈淖謽?biāo)注

16、，隨后將他們用電氣線一一進(jìn)行準(zhǔn)確的連接，并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)呐虐娌季郑韴D就設(shè)計(jì)好了。隨后，我利用這個(gè)軟件繪制PCB。在繪制的過程中發(fā)現(xiàn)，有許多元件的封裝在這個(gè)軟件的庫中找不到。在這種情況下，我使用直尺量取元器件的相關(guān)長度數(shù)據(jù)，自己繪制元件封裝，并將其存入到自己要使用的元件庫中。在對(duì)放置的各個(gè)焊盤標(biāo)記好網(wǎng)絡(luò)號(hào)之后，就開始布線了。在PCB板上排版和布線花費(fèi)了我很多很多的時(shí)間，布線的過程中要將相似電氣特性的元件盡量地放置在一起、電路的走線盡量不要出現(xiàn)直角、兩個(gè)焊盤之間的連線也應(yīng)該盡可能地短、晶振盡可能靠近主系統(tǒng)芯片，除此之外，因?yàn)槲抑谱鞯氖菃蚊姘逅砸M可能少的出現(xiàn)跳線，布局也要盡量美觀。在生成PCB后

17、，手工布局完成后，連接導(dǎo)線的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)一個(gè)元件的封裝畫錯(cuò)了。我回到PCB封裝庫里把畫錯(cuò)的封裝改成正確的了，然后回到原理圖中把該元件的封裝選擇為改后的封裝（貌似PCB封裝庫里改了，原理圖中元件的封裝自動(dòng)更新了？）?；氐絇CB看了下，封裝的樣子沒有改變（還是原來錯(cuò)誤的那個(gè)），我就把這個(gè)封裝給刪了，然后在同一個(gè)位置放置了一個(gè)修改后的元件封裝，可是，這樣做，原先自動(dòng)生成時(shí)的鼠線不見啦，我用導(dǎo)線去連接該封裝的時(shí)候，導(dǎo)線怎么也連不到這個(gè)封裝上了。后來實(shí)在沒辦法了，我就請(qǐng)教了用這個(gè)軟件比較厲害的同學(xué)，最后終于是解決了這個(gè)問題，完成了PCB的繪制。盡管非常注意各方面的細(xì)節(jié)，但是在我的電路板設(shè)計(jì)中還是存在很多的

18、缺憾。在設(shè)計(jì)中，沒有考慮到各個(gè)零部件的大小，所以沒有預(yù)留足夠的空間，導(dǎo)致直插電容式駐極體話筒MIC1只能斜插著焊在電路板上。5.1.2 電路板的制作和實(shí)物焊接我將設(shè)計(jì)好并排好版的PCB圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上，在熱轉(zhuǎn)印之前把覆銅板用砂布進(jìn)行磨擦，為的是能除去上面的一層氧化銅，保證熱轉(zhuǎn)印的效果，這樣在轉(zhuǎn)印的過程中墨粉比較容易附著在銅板上。轉(zhuǎn)印好之后，我先對(duì)銅板上的線路進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)有墨粉脫落或者線路不夠清晰的情況，我便使用黑色碳素筆補(bǔ)好線路。接下來的一步就是進(jìn)行腐蝕，將覆銅板放進(jìn)三氯化鐵溶液，使用熱水，邊腐蝕邊搖晃能夠加快腐蝕的速度，但同時(shí)也要注意不要出現(xiàn)過腐蝕。電路板腐蝕好之后，我用干的抹布小心

19、的擦拭干凈上面的水分，之后我使用打孔機(jī)進(jìn)行鉆孔。鉆孔對(duì)我來說是個(gè)考驗(yàn)，為什么呢？因?yàn)槲沂歉叨冉暎哿Σ惶茫糟@起空來有點(diǎn)費(fèi)勁。別人鉆孔時(shí)又快又好，我就鉆得很慢。大眼對(duì)著小眼，不知不覺時(shí)間就過去了，當(dāng)我打完最后一個(gè)孔后，心中升起了一股莫名的自豪感，原來別人能做到的我也做得到。鉆孔的過程中我佩戴手套防止機(jī)器漏電對(duì)人體的傷害。打孔完成之后，我用砂紙將電路板上剩余的墨粉清洗干凈。但這中間發(fā)生了一點(diǎn)小插曲，我不小心將其中的一點(diǎn)線路給戳掉了，導(dǎo)致之前的所有心血都白費(fèi)了，只好重新弄過一次。第二次制作過程中，充分吸取了第一次出現(xiàn)失誤的經(jīng)驗(yàn)，終于將電路板制作完成。電路板制作完成后，我馬上進(jìn)行實(shí)物的焊接。在

20、焊接的過程中，注意焊接的溫度和時(shí)間。當(dāng)相隔較近的兩個(gè)焊盤粘連在一起時(shí)，我用吸錫的器具將焊吸出，重新進(jìn)行焊接，但是使用吸錫的機(jī)器容易造成焊盤的毀壞，我在碰到這個(gè)問題時(shí)只能使用導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)救。電烙鐵在焊盤上停留的時(shí)間也不能過久，否則容易造成元件或者芯片燒壞。電烙鐵的頭部在使用的過程中要防止碰到塑料，否則會(huì)使得電烙鐵不能正常使用。在整個(gè)電路中，總共有上百個(gè)焊盤，這對(duì)于熟練的人來說，當(dāng)然是相當(dāng)?shù)暮唵?，但是?duì)我這種新手來說就不一樣了，簡直就是種考驗(yàn)。焊接考驗(yàn)一個(gè)人的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，而我在這兩點(diǎn)上都相當(dāng)?shù)那啡?，所以這百十個(gè)焊盤的焊接，足足讓我焊了好幾個(gè)小時(shí)，真的要下工夫去做好這門基本功。5.2 硬件調(diào)試5.2.

21、1 LED電路的調(diào)試 在選用LED燈時(shí)，考慮到紅色為報(bào)警色，所以采用了紅色的LED燈。為了確認(rèn)LED發(fā)光的顏色，我使用了數(shù)字萬用表，將檔位調(diào)至通斷測(cè)試端，紅表筆接LED燈的正極，黑表筆接LED燈的負(fù)極，燈就會(huì)閃現(xiàn)微弱的光亮從而得以鑒別LED燈發(fā)光時(shí)的顏色。當(dāng)系統(tǒng)開始工作之后，發(fā)現(xiàn)LED燈不能點(diǎn)亮，對(duì)照著原理圖進(jìn)行排查，并沒有發(fā)現(xiàn)有何不對(duì)，又到網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，得到了LED等不能點(diǎn)亮的幾個(gè)原因，足以排查，最終發(fā)現(xiàn)不能點(diǎn)亮的原因，原來發(fā)光二極管的引腳放反了，導(dǎo)致電路不能導(dǎo)通。于是換了一個(gè)新的二極管，并把錯(cuò)誤的方向糾正過來了，但是結(jié)果發(fā)現(xiàn)LED燈雖然能點(diǎn)亮，但是，亮度明顯不足。網(wǎng)絡(luò)的力量是無窮的，我

22、又查閱了相關(guān)的資料，發(fā)現(xiàn)LED燈亮度跟流過的電流大小有關(guān)，那什么能影響電流大小呢？答案當(dāng)然是電阻。所以之后我修改了電阻，將R1由3K歐換成1K歐，亮度不足的問題得到了解決。5.2.2 蜂鳴器報(bào)警電路的調(diào)試本次設(shè)計(jì)采用的是有源蜂鳴器，在焊接之前，并沒有測(cè)試蜂鳴器的好壞，結(jié)果在電路板上元件焊接完成之后，調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警的LED燈能正常工作，但是對(duì)應(yīng)的蜂鳴器并不能報(bào)警發(fā)聲。在做了各種測(cè)試之后還是不能夠解決這個(gè)問題，無奈之下，我只能更換一個(gè)新的蜂鳴器，結(jié)果調(diào)試成功，蜂鳴器能夠正常放聲報(bào)警。后來我問了身邊這方面元件我使用電池來判定其好壞，同時(shí)還可以使用萬用表的通斷測(cè)試端接在蜂鳴器的正負(fù)極，仔細(xì)聽會(huì)有微弱的

23、啪啪聲，這就可以判定蜂鳴器可以正常使用。 在系統(tǒng)開始工作之后，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器工作，我首先對(duì)該電路的原件一一進(jìn)行檢查，保證原件都能正常使用，后來結(jié)合軟件調(diào)試發(fā)現(xiàn)蜂鳴器其實(shí)有在工作，只不過是聲音太微弱了，這就可以初步判定是限流電阻使用的阻值太大了，我換了一個(gè)較小阻值的電阻之后，蜂鳴器終于可以正常工作了。5.2.3單片機(jī)最小系統(tǒng)電路的調(diào)試系統(tǒng)要能正常工作，首先要保證單片機(jī)能夠正常工作。我使用萬用表測(cè)得單片機(jī)的第40管腳的對(duì)地電壓約為5.05V，利用數(shù)字示波器檢測(cè)晶振兩端的波形可以發(fā)現(xiàn)到正常的正弦波即可證明單片機(jī)可以正常的工作。5.2.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)試 制作這個(gè)作品時(shí)，對(duì)28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)只

24、有比較淺的理解，但也僅限于用這種型號(hào)的電機(jī)需要加一個(gè)ULN2003才能正常工作.按照電路圖完成焊接后，發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)不能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查原理圖，發(fā)現(xiàn)沒有什么錯(cuò)誤。這時(shí)我又用了換元件的方法，結(jié)果還是不能轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)換了好幾個(gè)，還是不行，看來不是元件的問題。只好繼續(xù)查資料，原來電機(jī)的5條輸入線路排序還有固定的順序的。紅色電線接電源5V，橙色電線接P1.3口，黃色電線接P1.2口，粉色電線接P1.1口，藍(lán)色電線接P1.0口。按照上面的接線原則重新接入，電機(jī)正常工作了。5.3 軟件調(diào)試本次設(shè)計(jì)，我使用Keil uVision4 進(jìn)行程序編譯。其代碼效率高，速度也很快。相比之前使用的Keil uVision2，

25、我認(rèn)為最大的方便之處在于可以直觀地辨別中英文格式的分號(hào)，以往常常出現(xiàn)使用了中文字符的分號(hào)而無法辨別到時(shí)編譯受阻，現(xiàn)在這個(gè)問題得到了解決，所以編譯起程序也方便了很多。所以在這里，我也建議大家能選擇一款相對(duì)好的編譯軟件，軟件調(diào)試方面能夠得到較快的解決。在軟件設(shè)計(jì)中我采用C語言進(jìn)行程序編寫。因?yàn)閷?duì)GSM模塊比較不熟悉，也為了軟件程序較快地測(cè)試成功，我將系統(tǒng)軟件分離成3個(gè)獨(dú)立的部分進(jìn)行編寫，等各個(gè)部分的程序編寫調(diào)試成功后，即可將其整合在一起進(jìn)行調(diào)試，由程序的主函數(shù)進(jìn)行子函數(shù)的調(diào)用，這種由部分再到整體方法有利于查錯(cuò)、提高效率。根據(jù)系統(tǒng)的功能，我將程序分成以下幾個(gè)子函數(shù)：主程序、短信模塊發(fā)送短信函數(shù)、短信

26、模塊接收短信函數(shù)。下面主要講解下短信模塊發(fā)送短信函數(shù)、短信模塊接收短信函數(shù)調(diào)試的過程。5.3.5 短信模塊發(fā)送短信的調(diào)試短信模塊連接上電源，插上SIM卡之后會(huì)有一個(gè)初始化的過程，這個(gè)過程需要花費(fèi)時(shí)間很短，當(dāng)看到信號(hào)指示燈閃亮的頻率發(fā)生變化時(shí)就說明這個(gè)模塊已經(jīng)連上了GSM網(wǎng)絡(luò)，可以進(jìn)行短信收發(fā)10。完成系統(tǒng)的短信收發(fā)需要使用一系列的AT指令。因?yàn)閯倓傞_始使用這個(gè)模塊，對(duì)于這方面的指令不夠熟悉，于是我便使用PC機(jī)的串口調(diào)試助手代替單片機(jī)對(duì)短信模塊進(jìn)行控制，以此熟悉AT指令的使用。如圖5-1是我用串口調(diào)試助手發(fā)送一條“福州”的中文短信至號(hào)碼為的記錄，其中“AT”是用來測(cè)試模

27、塊能否正常使用的，“AT+CMGF=1”是選擇短信為TXT模式，TXT模式短信只能支持英文格式的短信，若設(shè)置“AT+CMGF=0”表示選擇短信的模式為PDU模式，PDU模式支持中文短信，PDU模式相比而言更加直觀，更能表達(dá)出報(bào)警的內(nèi)容，由此我選擇中文格式短信作為本系統(tǒng)短信格式13。AT+CSCA=“+8618750158905”設(shè)置的是所在福州地區(qū)的移動(dòng)中心號(hào)碼，AT+CMGS=是進(jìn)行設(shè)置短信接收方的號(hào)碼。在串口助手上調(diào)試成功之后，我將單片機(jī)與短信模塊連接，嘗試使用C語言進(jìn)行編程。當(dāng)我把SIM卡插進(jìn)卡槽，將模塊附帶的測(cè)試程序進(jìn)行調(diào)試，可是一直都沒有反應(yīng)。剛開始，我以為

28、是由于我的粗心大意，將程序中本地移動(dòng)號(hào)填寫錯(cuò)了，于是我馬上打開源程序，發(fā)現(xiàn)并沒有錯(cuò)誤。我開始查看短信模塊的使用說明，才發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用單片機(jī)與短信模塊相連接時(shí)，需要將短信模塊中JP2的接線帽進(jìn)行重新地連接，這樣才能使短信模塊開始工作。短信模塊測(cè)試成功后，我隨即對(duì)測(cè)試函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，將其改寫為在我系統(tǒng)中能夠使用的短信發(fā)送函數(shù)，修改中才發(fā)現(xiàn)對(duì)于延時(shí)函數(shù)的使用也很關(guān)鍵，要使用恰當(dāng)時(shí)間的延時(shí)函數(shù)才能夠使短信模塊正常地使用。經(jīng)過一番努力，短信發(fā)送的子函數(shù)得以調(diào)試成功！圖5-1 發(fā)送短信調(diào)試截圖5.3.6 短信模塊接收短信的調(diào)試短信模塊接收短信的函數(shù)與發(fā)送短信的函數(shù)類似，區(qū)別在于AT指令的不同。如圖5-2是我在使

29、用PC機(jī)串口調(diào)試助手進(jìn)行測(cè)試的數(shù)據(jù)，我用號(hào)碼為的手機(jī)發(fā)送了一條“陳俊超”的中文短信到了我的手機(jī)中，其中AT+CNMI=2,1,0是設(shè)置短信模塊在有短信到來時(shí)的處理方式設(shè)置4，AT+CMGR=15是短信讀取的指令，15表示的是這條短信在緩存區(qū)的第15號(hào)位置。接下來我立即使用單片機(jī)對(duì)短信模塊接收短信進(jìn)行程序編寫，在編寫之前我先要對(duì)相關(guān)的AT指令的含義掌握清楚，我承認(rèn)對(duì)這些AT指令的掌握，確實(shí)花費(fèi)了我很大的精力和時(shí)間，因?yàn)榛A(chǔ)差，很多指令都沒能弄懂，只好硬著頭皮去看去學(xué)，實(shí)在不行的話，我就去找這方面比較強(qiáng)的同學(xué)，向他們虛心的請(qǐng)教，后來才慢慢地掌握了。剛開始時(shí)沒有使用短信刪除

30、的功能，導(dǎo)致短信只能在第一次試驗(yàn)時(shí)成功，接下來的試驗(yàn)都無法成功。我感到非常奇怪，通過查閱相關(guān)資料，比對(duì)我寫的程序代碼，發(fā)現(xiàn)串口調(diào)試助手和單片機(jī)對(duì)短信模塊進(jìn)行收發(fā)控制有些地方不同。短信模塊讀取指令需要知道短信在SIM卡的位置15，串口調(diào)試助手可以根據(jù)短信模塊返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，但是單片機(jī)要做到這一步比較困難，我在單片機(jī)C語言中只對(duì)固定的位置讀取信息，所以才出現(xiàn)錯(cuò)誤。我根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)程序進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)，在每次短信模塊讀取完短信內(nèi)容之后，我用短信刪除的指令將該條短信刪除，這樣就能保證短信模塊能始終在同一位置讀取到最新的短信了。經(jīng)過調(diào)試，短信模塊接收短信的函數(shù)也獲得成功。圖5-2 接收短信調(diào)試5.4

31、程序燒錄程序編寫調(diào)試好之后，我要將其燒寫進(jìn)主控制芯片中，值得注意的是下載程序的軟件只能夠識(shí)別十六進(jìn)制文件11，因此要在Keil軟件中編譯出后綴名為HEX的文件。6.測(cè)試結(jié)果在本系統(tǒng)的硬件和軟件搭建完成之后，我對(duì)該系統(tǒng)的5大功能：1.每次嬰兒在晚上號(hào)哭時(shí)通過聲音控制電路控制電機(jī)自動(dòng)晃動(dòng)，當(dāng)嬰兒的哭聲大于一定分貝時(shí)，啟動(dòng)晃動(dòng)系統(tǒng)，晃動(dòng)速度可調(diào)；2.聲控模塊可以由開關(guān)控制啟動(dòng)和關(guān)閉；3.每次孩子撒尿?qū)е卤蛔訚窳藭r(shí)，通過濕度感應(yīng)器的信號(hào)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警，蜂鳴器啟動(dòng)發(fā)聲，LCD上顯示W(wǎng)ET；4.溫度傳感器在嬰兒被窩進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫，當(dāng)溫度低于正常值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知看護(hù)者及時(shí)給嬰兒蓋被子。蜂鳴器報(bào)警，LCD上顯示溫度。5.帶GSM模塊。當(dāng)尿床超過3分鐘沒處理得話（即保持尿床的那個(gè)濕度超過3