《基于單片機(jī)的智能嬰兒床設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》10000字【論文】

PAGE3PAGE2基于單片機(jī)的智能嬰兒床設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)TOC\o"1-2"\h\z\u1.引言 11.系統(tǒng)分析 12.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 12.2功能設(shè)計(jì)分析 23.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33.1單片機(jī)最小設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 33.2聲控電路設(shè)計(jì) 63.3語音播報(bào)電路設(shè)計(jì) 63.4獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì) 73.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 73.6液晶顯示電路設(shè)計(jì) 83.7尿液檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 94.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 104.1系統(tǒng)主流程設(shè)計(jì) 104.2步進(jìn)電機(jī)流程設(shè)計(jì) 105.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 115.1原理圖和PCB圖的繪制 115.3調(diào)試硬件 125.4軟件調(diào)試 135.5程序燒錄 135.6實(shí)物展示 136.結(jié)語 14參考文獻(xiàn) 14摘要：本設(shè)計(jì)依托單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了寶寶舒心智能嬰兒床的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)依托聲控部分、語音播報(bào)部分、濕度搜集部分，針對(duì)在照看嬰幼兒期間發(fā)生嬰兒尿床、嬰兒哭鬧等不同的場(chǎng)景信息，快速做出反應(yīng)，提示照顧者。寶寶智能嬰兒床是由STC89C52單片機(jī)作主控模塊，硬件電路包括聲音檢測(cè)、濕度檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互和警報(bào)等功能部分。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了：搜集嬰兒哭聲信號(hào)進(jìn)而晃動(dòng)搖籃，監(jiān)測(cè)出有濕度信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警提示部分。人機(jī)交互功能是按鍵部分與顯示部分共同組成的，搖籃晃動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)；LCD展示當(dāng)前的參數(shù)信息、尿床狀態(tài)。關(guān)鍵詞：聲音控制電路語音播報(bào)濕度搜集液晶顯示1.引言伴著互聯(lián)網(wǎng)的飛速普及，單片機(jī)做到了從模擬、數(shù)字電路的傳統(tǒng)方式到以軟件設(shè)計(jì)為主的微控技術(shù)飛躍[1]。使單片機(jī)已廣泛應(yīng)用于各種生活場(chǎng)景。因此促使我產(chǎn)生了將單片機(jī)與移動(dòng)通信相結(jié)合的設(shè)計(jì)想法，進(jìn)而為本設(shè)計(jì)做出鋪墊。在二十一世紀(jì)的今天，家長(zhǎng)對(duì)于獨(dú)生子女的日常起居、教育的關(guān)心程度可以說是無微不至?！拔桂B(yǎng)好孩子，好好地照顧他”，這是父母?jìng)児餐南敕╗2]。一個(gè)孩子不斷成長(zhǎng)的過程，每個(gè)階段父母都在竭盡全力為孩子的成長(zhǎng)保駕護(hù)航。愈發(fā)是在嬰兒階段，初為人父母的人們，缺乏對(duì)嬰童的照看經(jīng)驗(yàn)，此外還肩負(fù)著不可小覷的生活重?fù)?dān)，基于此越來越多的父母選擇請(qǐng)了雇傭月嫂來照看嬰兒。但內(nèi)心深處對(duì)孩子細(xì)致入微的關(guān)心，又會(huì)讓他們不由的擔(dān)心月嫂不能及時(shí)知曉孩子的不適狀況。本設(shè)計(jì)主要是為了解決照顧者對(duì)嬰兒的照顧不周、情況發(fā)現(xiàn)不及時(shí)的擔(dān)憂。在單片機(jī)的控制功能基礎(chǔ)上，與WT588D語音播報(bào)、步進(jìn)電機(jī)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出了集合監(jiān)控、提示于一體的寶寶舒心嬰兒床設(shè)計(jì)。當(dāng)發(fā)生限定情況時(shí)，設(shè)計(jì)會(huì)在自動(dòng)提醒照顧者，并會(huì)實(shí)時(shí)反饋信息，使照顧者可以及時(shí)了解孩子發(fā)生的情況。該設(shè)計(jì)具有低造低廉、高實(shí)用性、性能穩(wěn)定等長(zhǎng)處。2.系統(tǒng)分析2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析本設(shè)計(jì)是STC89C52單片機(jī)作為控制核心，功能部分包括了濕度檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、聲音檢測(cè)、人機(jī)交互和警報(bào)等。該設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入哭聲信號(hào)后，控制搖籃的運(yùn)作，當(dāng)監(jiān)測(cè)到濕度信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警模塊。人機(jī)交互功能是按鍵部分與顯示部分共同組成的，搖籃晃動(dòng)是由步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)；LCD展示當(dāng)前的參數(shù)信息、尿床狀態(tài)，本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。單片機(jī)處理單元LED指示燈單片機(jī)處理單元LED指示燈聲音搜集LCD160顯示Uln2003驅(qū)動(dòng)LCD160顯示Uln2003驅(qū)動(dòng)濕度檢測(cè)濕度檢測(cè)WT588D語音播報(bào)WT588D語音播報(bào)電機(jī)旋轉(zhuǎn)按鍵電路設(shè)置電路電機(jī)旋轉(zhuǎn)按鍵電路設(shè)置電路圖1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖由圖1所示本設(shè)計(jì)由九個(gè)如下部分組成：微控制器：眾所周知，STC89C52單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為了低能源消耗、性能優(yōu)良的COMS8位數(shù)字微控制器的一個(gè)典型應(yīng)用代表，它們是擁有8K在每個(gè)操作設(shè)計(jì)組件中的一個(gè)可編程的flash八位存儲(chǔ)器。而這款設(shè)計(jì)采用了STC89C52系列可以作為整個(gè)自動(dòng)設(shè)計(jì)控制的數(shù)據(jù)核心處理芯片，就是說它可以根據(jù)整個(gè)控制設(shè)計(jì)所需要收集并得到的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理信息并對(duì)其功能做出進(jìn)行相應(yīng)的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理與控制進(jìn)行微編程控制器的操作[3]。聲控電路：該電路功能是對(duì)超過限定響度的聲音的搜集，從而判斷是否符合步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。濕度搜集電路：用來搜集四周環(huán)境濕度的信號(hào)值，并傳至微控制器進(jìn)行下一步操作。語音搜集電路：此電路用來搜集嬰兒哭鬧的信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)：用來控制嬰兒床的搖擺。LED指示燈：在本設(shè)計(jì)內(nèi)的LED指示燈所產(chǎn)生的光信號(hào)實(shí)現(xiàn)了能夠提醒照顧者和嬰兒的情況，以便于照顧者查看嬰兒是否尿床。語音播報(bào)：本設(shè)計(jì)的語音播報(bào)模塊是由WT588D發(fā)出警示聲音和安撫兒歌，用此提醒人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)嬰兒是否尿床并及時(shí)安撫嬰兒。LCD1602顯示模塊：本模塊是杜邦線與單片機(jī)相接，當(dāng)搜集到信號(hào)傳送至單片機(jī)，再將數(shù)據(jù)發(fā)送到液晶顯示模塊進(jìn)行顯示使數(shù)據(jù)更加清晰易見[4]。設(shè)計(jì)供電模塊：此模塊的功能是為語音播報(bào)模塊的工作供給直流電源。2.2功能設(shè)計(jì)分析設(shè)計(jì)應(yīng)滿足面對(duì)以下幾種不同的情況發(fā)生做出不同的響應(yīng)動(dòng)作。（1）當(dāng)嬰兒開始啼哭時(shí)，設(shè)計(jì)通過聲音控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)搖晃以實(shí)現(xiàn)嬰兒床的搖晃，與此同時(shí)，語音播報(bào)模塊會(huì)自動(dòng)播報(bào)童謠舒緩嬰兒的情緒。（2）聲控模塊可以實(shí)時(shí)搜集當(dāng)前嬰兒是否哭鬧。（3）當(dāng)嬰兒排泄導(dǎo)致被子潮濕后，信號(hào)通過濕度傳感器從而啟動(dòng)警示語音，語音播報(bào)嬰兒狀況同時(shí)LED指示燈亮。（4）步進(jìn)電機(jī)由ULN2003進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)需要安撫嬰兒時(shí)，控制電機(jī)左右旋轉(zhuǎn)來促使嬰兒安靜下來[5]。（5）按鍵用來進(jìn)行設(shè)置3種不同的模式，方便對(duì)不同的情況及時(shí)做出處理。3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的主要工作原理就是把一個(gè)微處理器、微存儲(chǔ)器以及一個(gè)輸入、輸出的各種接口一同集中在一個(gè)模擬電路中[6]，這樣就已經(jīng)可以逐步發(fā)展為一種微型計(jì)算機(jī)。它主要是由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、CPU、輸入與輸出端口、程序存儲(chǔ)器以及其他一些基本功能單元組成。單片機(jī)就可以做到操作者在軟件指導(dǎo)下精確高效地完成了操作人員所需要的任務(wù)。該產(chǎn)品中的單片機(jī)都具備了低功耗、高控制擴(kuò)展能力等長(zhǎng)處。單片機(jī)的現(xiàn)世，極大地簡(jiǎn)化了復(fù)雜電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)難度。目前，單片機(jī)已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與我們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)領(lǐng)域。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。圖2單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：8位中央處理器、8位中斷源、64KB的擴(kuò)展串行總線處理控制電路、可編程串行接口、程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(4KB以上)時(shí)鐘電路、16位數(shù)字定時(shí)器以及8位數(shù)字計(jì)數(shù)器、128B的8位數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)器、8位并行輸入/輸出端口。中央處理器廣泛被人們稱為它“現(xiàn)代單片機(jī)的大腦”，一般是由數(shù)字控制器、數(shù)字運(yùn)算器共同構(gòu)成[7]，他的主要功能之一就是直接進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算與遠(yuǎn)程控制。而時(shí)鐘控制部分則主要負(fù)責(zé)自動(dòng)發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘控制信號(hào)將其提供給單片機(jī)，這是它進(jìn)行定時(shí)工作的必要條件。程序存儲(chǔ)器的一個(gè)功能是用來管理固化單片機(jī)上的設(shè)計(jì)程序和其他的常量。目前基于單主機(jī)設(shè)計(jì)有許多可自行選擇的程序存儲(chǔ)器的類型，如有RONLESS型、EPROM型、MASKROM型、FLASHROM型及OTPROM型。臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器主要功能是可以同時(shí)用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和所有數(shù)據(jù)寫入的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可以拿來用作數(shù)據(jù)流的緩沖器，用來存儲(chǔ)所有輸入的臨時(shí)數(shù)據(jù)，但電源中斷后數(shù)據(jù)則會(huì)消失。單片機(jī)工作時(shí)的頻率維穩(wěn)于5v，為了給用戶程序保留4KB至64KB的空間，不同規(guī)格的單片機(jī)工作頻率一般在0MHZ至40MHZ。輸入、輸出兩個(gè)端口中的P0端口都是負(fù)責(zé)進(jìn)行開路輸出，總線擴(kuò)充運(yùn)行時(shí)無須接附一個(gè)上拉電阻，但在作為輸入/輸出的端口運(yùn)行時(shí)，則需要接附上拉電阻。該系列單片機(jī)具備16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。單片機(jī)產(chǎn)品型號(hào)眾多，本次設(shè)計(jì)所選擇的是STC公司的單片機(jī)STC89C52。它作為一款目前市面上主流的40引腳雙列直接插入式集成電路的芯片[8]，它所具有的引腳功能大致如表1所示。表1STC89C52芯片的引腳介紹引腳類型引腳名稱引腳號(hào)引腳功能主電源引腳VCC40+5V電壓GND20接地外接晶體引腳XTAL119外接晶體XTAL218外接晶體控制及電源復(fù)用引腳RST/VPD9復(fù)位ALE/PROG30地址鎖存PSEN29外部程序存儲(chǔ)EA/VPP31使能輸入輸出引腳P039~32雙向8位I/O口P11~8準(zhǔn)雙向8位I/O口P221~28準(zhǔn)雙向8位I/O口P310~17準(zhǔn)雙向8位I/O口P3端口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位的輸入/送電端口，這八位引腳也具備了復(fù)用的作用。但當(dāng)他們被作為第一個(gè)功能，就只得以此來作為輸入/輸出端口進(jìn)行操作；當(dāng)作為第二個(gè)功能時(shí)，引腳的功能簡(jiǎn)要介紹方式如表2所示。表2單片機(jī)P3口功能介紹引腳口線引腳號(hào)引腳名稱引腳功能P3.010RXD串型輸入口P3.111TXD串型輸出口P3.212INT0外部中斷0P3.313INT1外部中斷1P3.414T0定時(shí)器0外部輸入P3.515T1定時(shí)器1外部輸入P3.616WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫脈沖P3.717RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖所以當(dāng)一臺(tái)單片機(jī)啟動(dòng)并開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從取得一條機(jī)器指令開始運(yùn)轉(zhuǎn)直至譯碼操作的執(zhí)行開始，而時(shí)鐘電路的主要功能之一就是提供了基本的時(shí)鐘以支持整臺(tái)單片機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)是以內(nèi)部的時(shí)鐘模式與外部的時(shí)鐘模式產(chǎn)生[9]。在內(nèi)部穩(wěn)頻時(shí)鐘的xtal1引腳、xtal2引腳分別在其連接處裝上了晶振與穩(wěn)頻電容，這樣就將其組合起來成為自激振蕩器。而對(duì)于晶振的實(shí)際頻率范圍，建議采用的考慮范圍是0~24MHZ，我們常見的應(yīng)該是11.0592MHZ、6MHZ、24MHZ、12MHZ[10]?，F(xiàn)在市面上已經(jīng)開始出現(xiàn)了一些新型號(hào)的單片機(jī)，甚至都已經(jīng)能夠直接為其選配超高低頻率晶振。外接電容的基本目的主要就是調(diào)整振蕩器輸出信號(hào)的頻率大小，使其與晶振的保持統(tǒng)一，在本設(shè)計(jì)中我選用的外接電容是20PF~30PF的瓷片電容[11]。外部的時(shí)鐘信號(hào)是在xtal1引腳直接跨接內(nèi)部時(shí)鐘的信號(hào)源，它主要是適用于多片的單片機(jī)同時(shí)使用進(jìn)行時(shí)鐘進(jìn)行工作，若我們想要保證多個(gè)單片機(jī)的同步工作，則要盡可能地就選擇使用相同的外部時(shí)鐘[12]。時(shí)序是在運(yùn)行機(jī)器命令時(shí)CPU發(fā)的控制信號(hào)在時(shí)間維度的先后次序。振蕩周期：振蕩電路供給的脈沖信號(hào)周期。機(jī)器周期：?jiǎn)纹瑱C(jī)內(nèi)一些基本的操作從機(jī)器開始運(yùn)作到操作終止所經(jīng)過的時(shí)間。一個(gè)機(jī)器周期通常是六個(gè)不同狀態(tài)共同組成，他們分別是S1~S6。指令周期：在單片機(jī)內(nèi)，每個(gè)機(jī)器指令的執(zhí)行所需的時(shí)間。單片機(jī)的大多數(shù)指令的執(zhí)行大約耗費(fèi)一到兩個(gè)機(jī)器周期，只有運(yùn)行乘、除兩條指令大約四個(gè)機(jī)器周期。在理解了上述定義，就可以計(jì)算出執(zhí)行一條指令的時(shí)間。復(fù)位電路：不管是單片機(jī)重啟、還是在運(yùn)行中報(bào)錯(cuò)等情況都要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)位操作。而這種復(fù)位控制電路的主要功能也就是對(duì)各個(gè)單元組件和部分電路的工作狀態(tài)進(jìn)行了重置。單片機(jī)要想進(jìn)行復(fù)位操作時(shí)，必須保證在其引腳上不斷出現(xiàn)大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平rst[13]。復(fù)位狀態(tài)主要包括按鍵復(fù)位狀態(tài)、上電復(fù)位狀態(tài)等，而本設(shè)計(jì)中的復(fù)位狀態(tài)方式是上電復(fù)位狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中的電容選取的10uf，而電阻的選擇10k。該電容僅僅需要充電0.1s即可以達(dá)到電源輸出壓力的7/10。復(fù)位電路的示意圖如圖3所示。圖3復(fù)位電路3.2聲控電路設(shè)計(jì)聲音控制電路部分作為本電路設(shè)計(jì)中的子控制電路如圖4所示，該部分包括發(fā)光二極管、雙電壓比較器、微集成電路、三極晶體管、電容、直插式電容式駐極體的話筒、電阻等多個(gè)元件部分組成。其中l(wèi)m393是目前廣泛應(yīng)用的電壓值比較器，lm393芯片同時(shí)內(nèi)置了兩個(gè)高頻有源電壓值的計(jì)算比較器[14]。而且所搜集接收到的聲音信號(hào)的大小直接會(huì)影響光源亮度，聲音與光亮程度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。圖4聲控電路示意圖3.3語音播報(bào)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的報(bào)警模塊所應(yīng)用的是WT588D語音芯片實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)。語音播報(bào)電路引腳示意圖如圖5所示，模塊中的揚(yáng)聲器在本設(shè)計(jì)中是用來對(duì)嬰兒狀態(tài)進(jìn)行播報(bào)以及安撫歌曲的播放，其中P2引腳是復(fù)位功能引腳所以不接，WT588D芯片需要借助下載器下載我們所需要的語音播報(bào)文件包，例如我們本次設(shè)計(jì)中所需要播報(bào)的：“嬰兒需要更換尿不濕”，則需要經(jīng)由minu下載器編輯好我們所需的“嬰兒需要更換尿不濕”這段語音。再由計(jì)算機(jī)生成指令地址，需播報(bào)語音時(shí)，單片機(jī)則會(huì)下達(dá)播報(bào)指令給WT588D芯片，從而實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)。圖5語音報(bào)警電路示意圖在本設(shè)計(jì)中，使用上位機(jī)軟件燒錄語音文件，點(diǎn)擊“一線串口控制模式”選項(xiàng)。而端口P0、P1、P2、P4、P5、P6、P7、P10、P11即可備用作按鍵。而P17端則被設(shè)置為“忙碌”信號(hào)的一個(gè)輸出端口，其中需要保證2.8v~3.5v的工作電壓供給sPi-flash存儲(chǔ)器25Pxx。需要將25Pxx的vCC跨接至vdd-sim端，以此方式來平衡25Pxx與wt588d間的電壓相對(duì)值。而Pwm的輸出端是可以選擇直接與地連線。我們需要通過單擊“一線串口模式”，然后再單擊“確定”。這樣，設(shè)計(jì)的工程文檔便是處于被選中狀態(tài)。然后點(diǎn)擊“操作”選項(xiàng)后再次選擇“按鍵設(shè)置”，就能夠清楚地看到從“按鍵1”開始，一直到“按鍵10”的設(shè)計(jì)默認(rèn)狀態(tài)，其中“按鍵4”已經(jīng)被設(shè)計(jì)鎖定，這主要是因?yàn)镻3端口在“一線串口模式”的模式下是作為一個(gè)數(shù)據(jù)引腳，所以會(huì)被設(shè)計(jì)鎖定，不允許將其當(dāng)作一個(gè)按鍵，剩下的I/O端口則是可以選擇的。選擇菜單中的工作按鈕可以讓我們自由地選擇不同的觸發(fā)方式，一旦觸發(fā)方式確定，其所對(duì)的按鍵則自動(dòng)為低電平狀態(tài)，并且以被設(shè)定的觸發(fā)方式開始播送?！鞍存I1”輸入到“按鍵10”的直接觸發(fā)值設(shè)置在了0至9。我們僅用通過滑動(dòng)鼠標(biāo)將這個(gè)按鍵直接點(diǎn)擊到指定的一個(gè)方框中，鍵入我們自己想要的文件地址，地址必須是受限于0到219的正整數(shù)。當(dāng)觸發(fā)地址所對(duì)應(yīng)的觸發(fā)按鍵被直接設(shè)置成“不可循環(huán)電平”“不可重復(fù)脈沖”、“可循環(huán)電平”、“非循環(huán)電平”、“可重復(fù)脈沖”、“播放/停止”這7種觸發(fā)操作，才有機(jī)會(huì)更加有效地用來進(jìn)行觸發(fā)。3.4獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì)如圖6所示，設(shè)計(jì)中共用到三個(gè)彼此獨(dú)立的按鍵分別是：K1、K2和K3。本次設(shè)計(jì)按鍵主要是用來進(jìn)行功能設(shè)置。當(dāng)我們按下K1鍵后，會(huì)進(jìn)入到模式一，按下K2后，會(huì)切入模式二。按下K3后，切至模式三。所謂單片機(jī)的按鍵電路，究其根本就是一個(gè)對(duì)高低電平的檢測(cè)。在一個(gè)按鍵被擊發(fā)后，在單片機(jī)的I/O端口兩側(cè)都會(huì)有監(jiān)測(cè)到一個(gè)低電平[15]。單片機(jī)就會(huì)來根據(jù)電平特性判斷程序應(yīng)該要執(zhí)行的操作。但是在寫按鍵函數(shù)的時(shí)候有幾點(diǎn)是需要我們注意的。觸發(fā)按鍵的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)，由此要編寫去抖函數(shù)。還有就是要有短暫的延遲。圖6獨(dú)立按鍵電路3.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中所采用的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路用于實(shí)現(xiàn)模擬搖床的啟動(dòng)如圖7所示，并且通過一個(gè)聲控電路用于觸發(fā)啟動(dòng)。如圖7所示的步進(jìn)電機(jī)工作電壓為5V。步進(jìn)電機(jī)輸入連續(xù)高速脈沖后，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以控制嬰兒床的搖動(dòng)。但是流經(jīng)單片機(jī)I/O端口的電流很弱，以至于不能夠讓步進(jìn)電機(jī)運(yùn)作，所以我在此設(shè)計(jì)中跨接了一個(gè)ULN2003，其目的是將電流放大。將uln2003的1b至4b口跨接到了單片機(jī)的P20至P23端口，而1C至4C端口就分別跨接到了所對(duì)應(yīng)的端口D、C、V、B。圖7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖8所示，本設(shè)計(jì)是利用脈沖控制來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。單片機(jī)和ULN2003的跨接端口分別是IN1、IN2、IN3、IN4。輸出電流經(jīng)由OUT1、OUT2、OUT3、OUT4分別輸出至步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相。而ULN2003的輸入電流則是由單片機(jī)供給的，只需幾毫安即可。由達(dá)林頓結(jié)構(gòu)可知電流可達(dá)500mA，驅(qū)動(dòng)工作電壓為5V，耐壓為50V。圖8ULN2003管腳連接圖ULN2003的主要特性如表3所示。表3溫度范圍極限值(若無其他規(guī)定，Tamb=25℃)參數(shù)名稱符號(hào)數(shù)值單位輸入電壓VIN30V輸入電流IIN25mA功耗PD1W工作環(huán)境溫度ToPr-20to+85℃貯存溫度Tstg-55to+150℃步進(jìn)電機(jī)會(huì)根據(jù)單片機(jī)發(fā)送的指令來處理是正傳還是反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度用PWM脈沖來確定。3.6液晶顯示電路設(shè)計(jì)對(duì)于本設(shè)計(jì)中的液晶顯示電路，所選用的就是在前年電子大賽中使用過的LCD1602液晶顯示器。它所采用的技術(shù)是具有各種不同工業(yè)顯示應(yīng)用功能特點(diǎn)的一種新型液晶文字顯示，能夠同時(shí)在一個(gè)屏幕上顯示兩行的文字信息，每行中大約設(shè)置能夠同時(shí)容納十六個(gè)中英文符號(hào)、文本或者數(shù)字，剛好完全能夠滿足本產(chǎn)品設(shè)計(jì)的功能需要。它的設(shè)計(jì)體積小巧，功耗相對(duì)較低，顯示性能良好。LCD1602液晶顯示器有16個(gè)引腳，它的引腳介紹如表4所示。表4LCD1602引腳介紹引腳號(hào)引腳名稱引腳功能1GND電源接地端2VCC5V電源正極3VL調(diào)節(jié)顯示器對(duì)比度4RS寄存器選擇端5RW讀寫信號(hào)線6E使能端口7~14D0~D7雙向數(shù)據(jù)端口15BL+背光正極16BL-背光負(fù)極lCd1602液晶顯示器可以工作于3.5v~5v的負(fù)載電壓，如表5所示其內(nèi)部附帶一個(gè)具有自動(dòng)復(fù)位功能的電路，可以獨(dú)立完成清屏、移動(dòng)光標(biāo)等。亮度可由外部所連的電位計(jì)來調(diào)整。顯示器附有存儲(chǔ)器元件，用于管理數(shù)據(jù)，可以對(duì)單片機(jī)編程來完成顯示部分。lCd1602液晶顯示器的端口具體控制單片機(jī)讀寫功能的是rs、rw的數(shù)值。表5LCD工作狀態(tài)介紹RSRW操作命令00寫入指令寄存器（清清屏等）01讀busy(DB7)，以及讀取位址計(jì)數(shù)器（DB0—DB6）的值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字符等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)LCD1602液晶顯示器在進(jìn)行模塊標(biāo)志位的忙信號(hào)是運(yùn)行我們所設(shè)定的程序的前提，因?yàn)橹挥挟?dāng)它的忙標(biāo)志位為低電平后能執(zhí)行機(jī)器指令。3.7尿液檢測(cè)電路設(shè)計(jì)當(dāng)我們需要檢測(cè)嬰幼兒是否尿床時(shí)，主要的檢測(cè)方法就是通過它的濕度傳感器對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，再由它的lm393比較器對(duì)其數(shù)據(jù)做比較判斷，其主要特點(diǎn)可以如下所示：（1）對(duì)于輸入電流需求小的，電流的消耗平均只需0.8ma。（2）工作輸入電壓的變化范圍廣，接單電源(2~36v)、雙電源(±1~±18v)均能正常運(yùn)行。（3）其輸出可與它的mos、dtl、ttl、Cmos完全兼容。（4）對(duì)于共模輸入工作電壓范圍較廣約0~1.5v。LM393比較器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖9所示。圖9LM393內(nèi)部結(jié)構(gòu)lm393類似于大部分的比較器。輸出端和輸入端之間可能存在寄生電容，極易造成有振蕩。輸出電壓之間的過渡區(qū)域時(shí)極為發(fā)生，比較器的狀態(tài)也就被修改了。在查找了相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)：PC板會(huì)極大地削減輸入和輸出之間的電容耦合。把輸入電阻縮小到小于10k，則就會(huì)大幅度地降低了反饋信號(hào)，甚至還會(huì)增加少量的正反饋就沒有機(jī)會(huì)導(dǎo)致震蕩的生成，因?yàn)榧纳娙荻鴽]有產(chǎn)生振蕩。在接入一個(gè)比較器時(shí)，要特別注意把所有未被使用的引腳都進(jìn)行接地。一般來說，電源不跨接旁路電容。而且差分電壓要大于vCC，不會(huì)直接造成接入元器件的損害，但是在保護(hù)部分應(yīng)該控制負(fù)端電壓得大于-0.3v。本設(shè)計(jì)中采用lm393電壓比較器進(jìn)行電壓比較，濕度傳感器和設(shè)定電位器之間進(jìn)行比較，當(dāng)濕度傳感器檢測(cè)到信號(hào)，lm393比較器將產(chǎn)生一個(gè)低電平，單片機(jī)則經(jīng)檢測(cè)低電平來監(jiān)測(cè)孩子是否出現(xiàn)尿床情況。4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1程序主流程設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)在通電開機(jī)運(yùn)行后，內(nèi)部程序運(yùn)行，開始初始化設(shè)計(jì)操作。濕度檢測(cè)信號(hào)刷新，WT588D語音播報(bào)模塊信息初始化，LCD顯示器顯示當(dāng)前提示信息。按鍵電路具備四個(gè)引腳。四個(gè)引腳中兩兩相同。由此在連接其電路的時(shí)候只需連接其中兩個(gè)引腳即可。按鍵流程如圖10所示。其工作原理就是一個(gè)對(duì)信號(hào)的高低電平檢測(cè)。當(dāng)一個(gè)按鍵被視為觸發(fā)器被按下的時(shí)候，就會(huì)從單片機(jī)的引腳端口中檢測(cè)出一個(gè)低電平。這些I/O端口電平特性的改變就會(huì)程執(zhí)行相應(yīng)的功能操作。由4個(gè)按鍵分別表示加、減、確定和手動(dòng)放水功能。在不同頁面表示不同的功能。分別用3個(gè)函數(shù)執(zhí)行不同的操作，注意進(jìn)行延時(shí)操作，防止誤差。 圖10按鍵流程圖4.2步進(jìn)電機(jī)流程設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)為本設(shè)計(jì)搖晃嬰兒床安撫嬰兒作用。設(shè)計(jì)啟動(dòng)后，需要判斷步進(jìn)電機(jī)是否進(jìn)行正轉(zhuǎn)，若“是”則依次給ab、bC、Cd、da通電操作來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)操作完畢后，會(huì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行一個(gè)延時(shí)3ms后，依次對(duì)ab、ad、Cd、Cb進(jìn)行充電，步進(jìn)電機(jī)則開始進(jìn)行反向轉(zhuǎn)動(dòng)。5.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5.1原理圖和PCB圖的繪制在此次設(shè)計(jì)中，是Protel99se來制作其原理圖。在這個(gè)軟件平臺(tái)中使用的各類組件都放置在旁邊，并在它們周圍進(jìn)行了適當(dāng)?shù)淖⑨?，然后利用電線逐個(gè)相互連接，并設(shè)計(jì)出示意圖。在PCb的繪制時(shí)，可以自行繪制組件包，繪制完成后將其存儲(chǔ)于組件庫中。在標(biāo)記放置的焊盤的網(wǎng)號(hào)后，進(jìn)行布線操作。在制作中連接線盡量要短一些，晶體振蕩器的排放位置需靠近主設(shè)計(jì)芯片。在操作過程中要注意控制跳線的數(shù)量，整體應(yīng)簡(jiǎn)潔美觀。5.2制作電路板與焊接實(shí)物將自己設(shè)計(jì)并排布置的PCb示意圖印刷在了熱轉(zhuǎn)印紙上，在熱轉(zhuǎn)印前，先用一張砂紙對(duì)覆銅箔層壓板進(jìn)行了打磨，去除上附著的氧化銅薄層并保證導(dǎo)熱效果轉(zhuǎn)移。因?yàn)檎{(diào)色劑在轉(zhuǎn)印的過程中，極易粘附于銅板上。轉(zhuǎn)印作業(yè)結(jié)束后，對(duì)銅板上的電路進(jìn)行了一次初步檢查。在發(fā)現(xiàn)了墨粉脫落和電路痕跡模糊等問題后，用碳筆對(duì)電路進(jìn)行修復(fù)。緊接著對(duì)板子進(jìn)行腐蝕操作。將覆銅箔的層板輕輕地放入氯化鐵溶液中，要注意的是這樣需要使用八十度以上的熱水，在腐蝕過程中要用紅外測(cè)溫儀不斷監(jiān)測(cè)溶液的溫度，在腐蝕過程中不斷搖晃以此加速電路板腐蝕，這里要注意的是在到達(dá)預(yù)定時(shí)間后，需立即取出電路板，否則會(huì)讓電路板的腐蝕過度，從而報(bào)廢。在電路板的腐蝕操作結(jié)束后，需要準(zhǔn)備干布將其表面液體擦拭干凈，隨后借助打孔機(jī)在電路板上打孔。對(duì)于鉆孔操作，這里需要戴勞保手套以防打孔的飛屑造成人身傷害。打孔操作結(jié)束后，使用砂紙對(duì)電路板多余的碳粉進(jìn)行清理。電路板完成后，下一步開始了物理焊接。在焊接操作中，需要格外關(guān)注焊接的溫度以及焊接時(shí)間的掌控。當(dāng)相依的兩個(gè)焊盤粘粘一起的情況發(fā)生后，可以利用小型吸塵器把焊料吸出再重新操作。焊錫機(jī)極易對(duì)焊盤造成損傷。對(duì)于這個(gè)問題能使用電線補(bǔ)救。而且烙鐵不可在焊盤上停留過長(zhǎng)時(shí)間，否則極易使得組件或芯片被燒壞，且應(yīng)防止烙鐵頭接觸到塑料制品，否則烙鐵將會(huì)無法正常使用。在此次設(shè)計(jì)的電路部分中，一共存在有一百多個(gè)焊盤，著實(shí)是一個(gè)不小的考驗(yàn)，焊接這一百零個(gè)焊盤的操作耗費(fèi)了幾個(gè)小時(shí)才初步完成，但這次焊接操作不僅考驗(yàn)了操作者的技能和經(jīng)驗(yàn)，更考驗(yàn)的是操作者的耐心與細(xì)心。5.3調(diào)試硬件5.3.1LED電路的調(diào)試在為本設(shè)計(jì)選擇備用的led燈的過程中，首先考慮的是紅色LED燈，因?yàn)樯钪屑t色燈光普遍用于警示色。為了led燈通電后的顏色能夠調(diào)試正確，借助了萬用表對(duì)led進(jìn)行了測(cè)試，檢查的內(nèi)容主要是首先把萬用表的檔位調(diào)到了通斷測(cè)試端，將紅色的表筆外接到led燈的正極一端，再把另外一個(gè)黑色表筆外接至led燈的負(fù)極一端，這時(shí)，led燈就有機(jī)會(huì)呈現(xiàn)微弱的光亮，由此也就可以完成對(duì)led燈的顏色檢驗(yàn)。但是在啟動(dòng)設(shè)計(jì)后，突然發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的LED燈不能如期正常亮起，然后又仔細(xì)依據(jù)電路原理圖一步一步開始排查故障，但在第一遍排查時(shí)，并沒有發(fā)現(xiàn)問題所在，隨后進(jìn)入了知網(wǎng)查詢相關(guān)資料，仔細(xì)梳理了LED燈熄滅的幾個(gè)原因。經(jīng)過對(duì)所有原因的逐一排查，終于發(fā)現(xiàn)了問題出現(xiàn)的根源，原來是在安放時(shí)，不慎將發(fā)光二極管的引腳裝反從而導(dǎo)致了電路不通暢。在找出原因后，馬上對(duì)發(fā)光二極管進(jìn)行了更換，并將放置的方向進(jìn)行了糾正，這次設(shè)計(jì)的LED燈終于如愿點(diǎn)亮。但是又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小瑕疵：LED燈點(diǎn)亮后其亮度顯然不足。又在電子發(fā)燒友論壇上請(qǐng)教后發(fā)現(xiàn)，原來LED燈的點(diǎn)亮亮度是與LED燈所流經(jīng)的電流大小息息相關(guān)，要想解決流經(jīng)的電流大小問題當(dāng)然首先要進(jìn)行調(diào)整的就是電阻阻值。緊接著對(duì)電阻進(jìn)行了調(diào)整，將電阻R1由原來的3K歐替成1K歐，由此LED燈亮度低的問題也得到了妥善解決。5.3.2對(duì)單片機(jī)設(shè)計(jì)電路的調(diào)試如若設(shè)計(jì)想正常的工作，們首先得確保設(shè)計(jì)中的單片機(jī)可以正常運(yùn)行。所以就開始借助萬用表對(duì)單片機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，首先對(duì)第40管腳的地電壓值進(jìn)行了測(cè)試，該值為5.06v。然后利用數(shù)字示波器來對(duì)晶振兩端的波形進(jìn)行了測(cè)試，在示波器上能夠讀到正常的一個(gè)正弦波。由此，可證明本設(shè)計(jì)中的單片機(jī)運(yùn)行一切正常。5.3.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的調(diào)試在對(duì)本設(shè)計(jì)的制作過程中，對(duì)28BYJ-48型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)只有一個(gè)初步的了解，在的認(rèn)知中這種型號(hào)的電機(jī)要想正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要配搭ULN2003。在按照設(shè)計(jì)的電路圖結(jié)束了焊接操作之后，發(fā)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)了故障，通電以后電機(jī)無法正常轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。于是重新開始檢查原理圖的設(shè)計(jì)，但在檢查后并沒有發(fā)現(xiàn)存在什么錯(cuò)誤。針對(duì)這種情況，所采取的措施是更換元器件再進(jìn)行測(cè)試，但結(jié)果差強(qiáng)人意，電機(jī)還是無法正常運(yùn)作，一連更換了好幾個(gè)，效果卻還是不好。由此看來，出現(xiàn)這樣的情況，首先可以排除元件的自身問題。在查閱相關(guān)資料后，發(fā)現(xiàn)了問題所在：步進(jìn)電機(jī)的五條輸入線路的先后排序是存在固定次序的。紅色電線必須要到5V的電源，橙色電線則必須要在P1.3端口，黃色電線要接的是P1.2端口，粉色的電線需在P1.1端口，而藍(lán)色的電線就需接在P1.0端口。按照上述的接線順序，又進(jìn)行重新接入操作，終于電機(jī)開始了正常工作。5.4軟件調(diào)試在本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)部分，在程序編寫階段，所用的是C語言編寫。編譯階段所使用的工作軟件是keil4進(jìn)行的程序編譯處理工作。原因是認(rèn)為Keil4具備高效率的特征，其編譯速度也迅速。與之前在學(xué)習(xí)中所使用的keiluvision2編譯軟件進(jìn)行比較，認(rèn)為keil4的最大長(zhǎng)處就是它可以直觀地區(qū)分中英文格式符號(hào)。在以前的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)有人會(huì)因?yàn)榫幾g程序中誤用中文輸入法的分號(hào)而引起導(dǎo)致的編譯報(bào)錯(cuò)，而利用Keil4就很好的解決了編譯，程序的編譯操作也順利了許多。進(jìn)而軟件調(diào)試過程也能順利的進(jìn)行下去。5.5程序燒錄在本設(shè)計(jì)