PIC单片机实现卫生间智能冲水系统的设计.docx
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1、目 录摘 要 2第一章 系统方案设计与论证31.1 设计要求31.1.1 基本要求31.1.2 发挥部分31.2 总体设计方案31.2.1 单片机的选择1.2.2 电机选择问题31.2.3 悬线长度测量41.2.4 重物选择问题41.2.5 步进电机驱动选择41.3 理论分析与计算1.3.1 算法分析1.3.2 重物运动形式的方案分析与比较第二章 单元电路设计2.1 键盘输入及数码管显示部分2.1.1 8279芯片介绍2.1.2 LED 显示器接口2.2步进电机原理及应用2.2.1 步进电机参数2.2.2 步进电机的特点2.2.3 步进电机要素2.2.4 步进电机力矩与功率换算2.2.5 步进
2、电机应用中的注意点2.3 细分驱动器2.4 89C52芯片介绍2.5 编码器结构与参数第三章 软件设计部分3.1 硬件连接及软件3.1.1硬件连接电路图3.1.23.2 仪器与测试方法3.2.1 芯片、仪器与用具3.2.2 测试方法第四章 测试数据及测试结果分析2附录 程序2参考文献3外文资料3中文译文3致谢35摘 要本设计是应用PIC系列单片机(PIC16F877)开发各种院校、宾馆的公共卫生间的智能冲水系统,可根据进入卫生间的人数进行冲水时间、冲水方式进行设定和控制已达到节约用水之目的。要求实现键盘控制输入、数码显示、声光报警等功能。为了使系统工作更加智能化,模式选择方面,分别对大便池和小
3、便池进行设定,其中每一部分要分两个模式:(1)按人次进行冲水,用户可根据当地的实际情况通过键盘进行设定。(2)按时间间隔冲水,以十分钟为基数,用户设定乘数,这样尽可能少用按键,便于节省系统耗材,提高系统的整体特性。夜间,因为人很少的缘故,关掉红外探测,以利于省电。就以小时为基准单位,用户设定倍数,完成冲水任务。 此时,就可以用单片机配以继电器来控制电磁阀,从而进行自动放水。为了使系统更加完善,尽力加上声光报警系统。当卫生间发生水溢出,或者电磁阀失灵的时候,报警系统开始工作。用红色二极管闪烁,发声器鸣叫来提醒人们关键词: PIC单片机; 节水; 智能AbstractThis design is
4、for making use of a computer control to tread into the electrical engineering, which can make hang object accurate fixed position, and can complete some compare to act complicatedly. We adopted the coder to control the length of the walking line, carrying out the higher index sign of the fixed posit
5、ion accuracy, at the same time because of need control to hang the object to complete the circumference sport in the in a short time, and the other by oneself sets of higher action of difficulty etc., adopted the power slightly a little bit tread into the electrical engineering greatly. The sport tr
6、ack that hangs the object is to pass to make use of the formula precision calculations, such as related mathematics and physics.etc. to come out of, so also relatively near to the design of request. Control the system and the manifestation parts adopts a system with minimum machine of 89C52to contro
7、l the realization. In order to decrease the error margin, we make use of the coder to decrease the result in of hang object physically walk the line appear of deviation because of fix outside tread into the electricity on board certainly pulley of path with round the let up of line or increase. For
8、enlarging the electrical engineering actuator to drive the ability, we used the triode transistor to gather chip. For letting up the pulley to take off the line problem, use the old CD conduct and actions of fee to block the plank. This system was basic to complete various technique index sign of th
9、at design mission.Keywords:Suspension motion control system; Thin enter the electrical engineering actuator at every step; coder; tread into the electrical engineering第一章 系统方案设计与论证1.1 设计要求1.1.1 基本要求(1)正确使用PIC单片机(pic16f877)来实现实验。(2)控制系统能够通过键盘输入控制并能够通过LCD显示当时的状态等数据。(3)系统可以自己记数,自己完成功能模式的转换,并且可以对一些不正常的现
10、象做出报警。1.1.2 发挥部分(1)分成两种模式:按人次进行冲水,按时间间隔冲水(2)按人数冲水可以通过键盘输入进行设定,按时间的冲水也可以通过键盘来实现周期的设定。12 总体设计方案1.2.1 单片机的选择方案:当今单片机厂商琳琅满目,产品性能各异,PIC最大的特点是不搞单纯的功能堆积,而是从实际出发,重视产品的性能与价格比,靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求。就实际而言,不同的应用对单片机功能和资源的需求也是不同的。PIC系列从低到高有几十个型号,可以满足各种需要。其中,PIC12C508单片机仅有8个引脚,是世界上最小的单片机,PIC有优越开发环境。OTP单片机开发系统的实时性是一
11、个重要的指标,象普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号,其实时性不尽理想。PIC在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片,所有的开发系统由专用的仿真芯片支持,实时性非常好。所以我选择PIC单片机来完成实验。1.2.2 LCD选择问题方案:。方案二:使用编码器记录滑轮转过的圈数,然后根据滑轮转一圈绳子运动的长度算出重物的位置,由此确定重物的坐标。比较两个方案,由于本设计需要精确定位,方案一当绳子运动起来后,电机带动定滑轮转动,随着绳子的缠绕,其直径变大,误差随之增大。而方案二由于采用了编码器,对此不会产生任何影响。因此我采用了方案二。1.2.4 重物选择问题由于本设计需要100g重
12、物,并且需要让其画出它的运动轨迹,考虑到摩擦力和环境等的影响,选定了密度大、体积小、稳定度高的圆形,由此避免了不必要的由颤抖、重心不稳等造成的误差。1.2.5 步进电机驱动选择步进电机的运转需要移位元元脉冲的输入才能正常运转,采用单片机进行驱动需要用跟电机线圈数相同的口线来进行信号的输入,但是人机交换的键盘和显示等要占用大部分的口线,这样我们选择了适用于步进电机专用的驱动芯片PD-0223M,只要输入控制脉冲即可,操作方便,并且使程序大大简化。驱动器PD-0223M功能说明:(1)CW时钟输入。电机由5V脉冲输入驱动,OFF=05V,ON=45V,上升沿动作。(2)CCW时钟输入。输入特性与C
13、W端相同。(3)M.F输入。+-5V输入时,切断电机励磁电流。(4)RUN电流值。用于设定电机运行时的电流值。(5)O.H输出:外壳温度为75以上时此端ON,同时电机降至停止电流设定值,O.H指示灯开始闪动,当温度下降到10以后,恢复动作。1.3 理论分析与计算1.3.1 算法分析悬挂物体及步进电机如图所示: 左滑轮 右滑轮左电机 右电机设横轴为X轴,纵轴为Y轴,每个坐标点设为(x,y),悬挂物体中心到左滑轮中心的距离为a,到右滑轮的距离为b。所以,知道悬挂物体中心的坐标,很容易求得a和b的值,通过公式:a=(x+15)+(115-y),b =(95-x)+(115-y),进而就能求得a和b的
14、增量,通过a和b的增量大小的变化和方向,再加上距离编码器,就能控制步进电机转动方向和转动时间。使用的距离编码器每转一周产生500个脉冲信号,用左右两个距离编码器发出的脉冲分别作89C52单片机计数器1和计数器2的脉冲信号,根据a和b的增量设定两个计数器的计数初值,就可以实现悬挂物体在坐标格上的定位,再通过补偿校正就能实现准确定位。在其能够准确定位的基础上,再去实现悬挂物体做较为复杂的运动。1.3.2 重物运动形式的方案分析与比较(1)坐标位置的确定方案一:利用上述公式计算实现。这也是我所选择的方案,可以将电机转动的距离通过上述公式算出,然后通过键盘设定坐标,启动程序后,电机就会带动重物运动,并
15、能较为准确的到达指定位置。但也会因硬件的原因,产生较大的误差。方案二:先算出滑轮的周长,用定时计数器记录发送脉冲次数,同时计算出转一周所需脉冲数,据此计算出电机需要转动地距离距离。然后通过键盘设定坐标,启动程序后,电机就会带动重物运动,并能较为准确的到达指定位置。但是方案二需要计算的数太多,因此造成的误差也会随之加大,所以我选择方案一。(2)圆周运动的实现方案一:采用逐次逼近法。将圆周分成许多段,每次运行一格,逐次逼近。方案二:采用画多边形法。多边形的边数越多,画出的圆就越接近圆。此法用软件实现起来,比较烦琐,因此没有采取此方案。方案三:运用公式x=r*cos+x0,y=r*sin+y0。为圆
16、心角,的范围是0,2,并根据路径改变细分步的角度,r为圆的半径,(x0,y0)为圆心。设定圆心后,通过单片机运算处理控制,步进电机可以精确地运行,运动轨迹基本接近圆形。由此以来,我采用方案三,并成功地实现了此项功能,可以画出一个较为完美的圆。(3)直线运动的实现直线比圆容易实现,根据公式:y=kx+b ,k为比例系数,b为x=0时Y轴向量,k值可由任意两点的坐标值确定。两电机的转速快慢和方向由两个脉冲分别控制 ,互不影响,从而提高了效率,缩短了时间。第二章 单元电路设计2.1 键盘输入及数码管显示部分2.1.1 8279芯片介绍8279是一种可编程的键盘/显示接口芯片,8279能自动完成键盘的
17、扫描输入和LED扫描显示输出。键盘部分提供的扫描方式,可以与具有64个触点键盘或传感器相连,能自动清除按键抖动,并实现多键同时按下的保护。下图为8279管脚图。 8279管脚图 8279具有40个引脚,采用双列直插式封装,引脚分布图如上图所示,其功能定义如下。(1)DBo7是双向外部数据总线。用于传送8279与CPU之间的命令、数据和状态。可直接与MCS51 系列芯片连接。(2)CS为选片信号。当CS为低电平时,CPU才选中8279芯片,并对其进行操作。(3)A0区分信息的特性位。当A0为1时,CPU写入8279的信息为命令,CPU从8279读出的信息为8279的状态。当A0为0时,I/O信息
18、都为数据。(4)RD、WR是读、写选通信号,低电平有效。(5)IRQ为中断请求输出线。高电平有效。在键盘工作方式下,当FIFO/传感器RAM中有数据时,此中断线变高电平。在FIFO/传感器RAM每次读出时,中断线就下降为低电平,若在RAM 中还有信息,则此线又重新变为高电平。在传感器工作方式中,每当传感器信号变化时,中断线就变为高电平。(6)RL0RL7为反馈输入线,作为键输入线,由内部拉高电阻拉成高电平,也可由键盘上按键拉成低电平。(7)SL03为扫描输出线,用于对键盘显示器扫描。(8)OUTB03,OUTA03为显示段数据输出线,可分别作为两个半字节输出,也可作为8位段数据输出口,此时OU
19、TB0为最低位,OUTA3为最高位。(9)BD为消隐输出线,低电平有效,当显示器切换时或使用显示消隐命令时,将显示消隐。(10)RESET为复位输入线,高电平有效。当RESET 输入端出现高电平时,8279被复位,复位后8279被置于下列方式:A.16个8位字符显示为左端输入。B.编码的扫描键为两键连锁、与此同时,程序时钟前置分频器被置为31。(11)SHIFT,CNTL/STB为控制键输入线,由内部拉高电阻拉成高电平,也可由外部控制按键拉成低电子,SHIFT为换档,CNTL为控制,STB为选通。(12)CLK为外时钟输入端,CLK信号由外部振荡器提供。需说明的一点是:CLK是系统来的外时钟,
20、8279靠设置定时器将外部时钟变为内时钟。其内部基频外时钟/定时器值。内部时钟的高低控制着扫描时间和键盘去抖动时间的长短,若8279内部时钟为100kHz,则扫描时间为5.1ms,去抖动时间为10.3ms。功能说明:由于数据输入和显示乃是许多微处理机外设的一个不可分离部分。系统设计者需要种能够控制这些功能,而又不致于使CPU负载过重的接口。8279为8位微处理机提供这种功能。8279有两个部分,键盘部分和显示器部分。键盘部分能够与通常的打字机型键盘或随机乒乓开关,或钮子开关相联接。显示部分驱动字母数字显示或一排指示灯。从而减轻了CPU在扫描键盘和刷新显示时的负担。8279按设计直接连到微处理机
21、总线,CPU能够为8279的所有操作方式编制程序,这些方式包括:输入方式:a.扫描键盘带有编码扫描线(88键键盘)或译码扫描线(48键键盘)。每按下按键,就产生一个表示按键位置的6 位编码。按键的位置信息以及字型变换和控制状态,都被存储在FIFO中。所有按键都以两键连锁或N 键巡回的方式自动回跳。b.扫描传感器阵列带有编码扫描线(88阵列开关)或译码扫描线(48阵列开关)。c.按键的状态(打开或闭合)被存储在可由CPU寻址的RAM 中。d.选通输入在控制线选通时,回送线上数据被传送到FIFO中。输出方式:a.8字符或16字符的多路切换式显示器。该显示器可被组合成双排4位或单排8位形式(B0D0
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