基于.單片機(jī)搖籃自動(dòng)搖動(dòng)控制系統(tǒng)

...wd......wd......wd...摘要本文介紹了由單片機(jī)控制的新型多功能嬰兒搖籃。控制模塊由AT89S52單片機(jī)作為控制核心，硬件電路分為聲音檢測(cè)、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互和報(bào)警等模塊。該系統(tǒng)的功能是：輸入的哭聲信號(hào)控制搖籃的啟動(dòng)，當(dāng)有溫濕度報(bào)警信號(hào)輸入時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。人機(jī)交互是由定時(shí)按鍵和LCD組成，搖籃晃動(dòng)的時(shí)間是由按鍵預(yù)置的；LCD可以顯示定時(shí)時(shí)間和嬰兒體溫、尿床狀態(tài)。軟件局部應(yīng)用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的全部控制功能，包括定時(shí)設(shè)置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)顯示、報(bào)警和音樂(lè)播放等。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；聲控；濕度檢測(cè)；體溫檢測(cè)1緒論現(xiàn)代家庭大多是獨(dú)生子女家庭，父母對(duì)子女的嬰兒期培育非常重視。然而養(yǎng)育嬰兒是一件非常消耗時(shí)間和精力的事情，常常會(huì)與父母快節(jié)奏的工作生活產(chǎn)生沖突。有些父母因?yàn)橐归g照顧嬰兒，長(zhǎng)時(shí)間不能得到很好的休息，甚至嚴(yán)重影響了安康和正常的工作。據(jù)了解，有很多的上班族父母都會(huì)為照顧嬰兒而苦惱。為此，本文設(shè)計(jì)了一款具有多種功能的智能嬰兒搖籃，希望到達(dá)使父母不用在搖籃邊就能了解到嬰兒的情況，從而采取相應(yīng)的處理的目的，從而減輕父母的負(fù)擔(dān)，在保證照顧好嬰兒的前提下，保證父母的正常生活和工作。1.1設(shè)計(jì)背景中國(guó)人在養(yǎng)育嬰兒的傳統(tǒng)方式上，都是懷抱著嬰兒輕輕拍打搖動(dòng)或者使用人力推動(dòng)搖籃，使嬰兒安靜下來(lái)進(jìn)展睡眠，但是這樣做有很多方面不利于嬰兒發(fā)育和成長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)中國(guó)各地傳統(tǒng)的嬰兒搖籃進(jìn)展的調(diào)查情況的了解，發(fā)現(xiàn)都是采人工推搖方式，有吊籃、搖桶、搖床等，使用起來(lái)不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加了許多勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，而且產(chǎn)生較大的噪音，使嬰兒很難進(jìn)展深度睡眠。同時(shí)，傳統(tǒng)看護(hù)嬰兒的有些方式不當(dāng)，會(huì)使嬰兒的大腦處于失重、充血狀態(tài)等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了嬰兒的大腦發(fā)育和骨骼生長(zhǎng)。對(duì)于嬰幼兒來(lái)說(shuō)，睡覺(jué)和吃奶一樣，是他們生長(zhǎng)過(guò)程中的頭等大事。一款適宜的搖籃不僅能保證嬰兒的安康成長(zhǎng)，也能在很大程度上減輕父母的負(fù)擔(dān)，使父母不必為整夜照顧嬰兒而勞煩，從而保證大人和孩子都擁有更高的生活質(zhì)量。1.2研究現(xiàn)狀根據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》2005年的報(bào)道，4名就讀于英國(guó)考文垂大學(xué)的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)了一種一種新型搖籃，它不僅可以自動(dòng)搖晃嬰兒入睡，還能與房間的網(wǎng)絡(luò)相連接，從而降低嬰兒“搖籃死亡〞的幾率。這種智能型搖籃最顯著的特點(diǎn)是帶有溫度控制系統(tǒng)，可以與房間內(nèi)的現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)相連。父母不必陪在孩子身邊，在家中任何一個(gè)房間里都可時(shí)時(shí)監(jiān)控孩子的一舉一動(dòng)，并能遠(yuǎn)程操控?fù)u籃搖晃孩子入睡。如果發(fā)現(xiàn)搖籃溫度偏高，還可遙控降溫，使孩子安然入睡，不熱得踹被，也不著涼感冒。創(chuàng)造者表示，溫控系統(tǒng)是他們的一大創(chuàng)舉，進(jìn)一步完善后，它還可被用于熱奶、使玩具保持一定溫度等方面。新型搖籃還有望降低嬰兒猝死綜合征的發(fā)病率。嬰兒猝死綜合征又被稱(chēng)為“搖籃死亡〞，通常見(jiàn)于1個(gè)月至4個(gè)月大小的嬰兒。英國(guó)每年有350名嬰兒罹患此病，在睡夢(mèng)中死亡。雖然目前尚未找到明確病因，但醫(yī)護(hù)人員發(fā)現(xiàn)，嬰兒猝死綜合征通常會(huì)伴隨著嬰兒體溫過(guò)熱。而新創(chuàng)造的搖籃一旦發(fā)現(xiàn)嬰兒體溫異常，將會(huì)向父母發(fā)出早期預(yù)警信號(hào)，提醒父母采取相應(yīng)措施。同時(shí)，由于設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，這個(gè)新型搖籃被列入了考文垂大學(xué)畢業(yè)生作品展覽。目前的電動(dòng)搖籃，其搖擺的啟動(dòng)方式分為采集聲音和運(yùn)動(dòng)兩種。=1\*GB3①電磁式多功能嬰兒搖籃床：它是由一個(gè)下座連支架、一個(gè)搖籃、一個(gè)平衡塊與平衡桿組成，下座的支架有一個(gè)軸承通過(guò)軸與搖籃相連接，并且可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，平衡塊是可以調(diào)節(jié)重量，使搖籃的重心處于轉(zhuǎn)軸上。磁動(dòng)力：在搖籃底部有一個(gè)磁性條，在下座中央有一個(gè)電磁鐵。=2\*GB3②電動(dòng)式多功能嬰兒搖籃床：構(gòu)造件與電磁式一樣。動(dòng)力局部是用一個(gè)汽車(chē)用雨水劃水器安裝在軸承處，每當(dāng)劃水器將滑臂劃動(dòng)一下，就會(huì)帶動(dòng)搖籃晃動(dòng)一下。如果調(diào)節(jié)劃水器劃動(dòng)頻率，即可使搖籃晃動(dòng)頻率改變。能任意調(diào)節(jié)搖籃角度：可將搖籃沿X軸與Y軸傾斜任意角度。市場(chǎng)上現(xiàn)有的智能搖籃，功能比擬完善的有以下幾種：可移動(dòng)式多功能嬰兒搖籃床，包括搖籃、三角支架、橫桿、吊管，搖籃由兩局部構(gòu)成，其之間為活動(dòng)連接，可在90°與180°之間折疊，通過(guò)與吊管連接的滑桿上的定位卡槽卡緊，吊管的上端與橫桿之間設(shè)有轉(zhuǎn)向盤(pán)，支撐搖籃的吊管上端的轉(zhuǎn)向盤(pán)與橫桿以及支撐橫桿的三角支架之間均為可拆卸的活動(dòng)連接，三角支架的支撐桿為可折疊連桿，三角支架的下端設(shè)有鎖定輪。其特點(diǎn)是可旋轉(zhuǎn)、可移動(dòng)、使用方便，并且可折疊、可裝卸，便于存放與攜帶。其專(zhuān)利主權(quán)項(xiàng)為：可移動(dòng)式多功能嬰兒搖籃床，包括搖籃、三角支架、橫桿、吊管，其特征在于，搖籃由兩局部構(gòu)成，該兩局部之間為活動(dòng)連接，可在90°與180°之間折疊，通過(guò)滑桿固定，吊管的上端與橫桿之間設(shè)有轉(zhuǎn)向盤(pán)，支撐搖籃的吊管、轉(zhuǎn)向盤(pán)、橫桿以及支撐橫桿的三角支架之間均為可拆卸的活動(dòng)連接，所述三角支架的支撐桿為可折疊連桿，三角支架的下端還設(shè)有鎖定輪。寧波金龍兒童用品研發(fā)的系列童床產(chǎn)品獲得了三項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利〔ZL00255869.6、ZL02229213.6、ZL02278753.4〕，采用聲控啟動(dòng)技術(shù)，以嬰兒的啼哭聲控制搖擺，集睡床及搖籃于一體，具有音樂(lè)〔MP3〕催眠曲、寶寶尿濕提醒和寶寶蹬被提醒等功能。武漢春眠科技開(kāi)展研發(fā)的智能搖籃運(yùn)用直流變頻技術(shù)，由嬰兒的啼哭聲啟動(dòng)搖籃工作，裝有定時(shí)裝置，1－60分鐘可自行調(diào)節(jié)，自動(dòng)停頓；假設(shè)嬰兒再次啼哭，哭聲可指令搖籃重新工作。另外，搖籃工作時(shí)是否播放音樂(lè)、音樂(lè)大小可選擇。這款搖籃代表了現(xiàn)在市面上大多數(shù)的智能搖籃，屬于聲控啟動(dòng)型。根據(jù)論文資料，還有一種基于加速度傳感器MMA7260QT的自動(dòng)搖籃，系統(tǒng)采用飛思卡爾mc9s08qg8單片機(jī)作為控制器，使用飛思卡爾加速度傳感器MMA7260QT判斷嬰兒的活動(dòng)情況，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒活動(dòng)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟搖籃。屬于動(dòng)作啟動(dòng)型搖籃。1.3設(shè)計(jì)的目的及意義現(xiàn)在市場(chǎng)上的智能搖籃都只具有在嬰兒哭鬧時(shí)自動(dòng)搖擺并播放音樂(lè)的功能，因此只能起到單一的催眠功能，不能針對(duì)嬰兒的活動(dòng)發(fā)生動(dòng)作，假設(shè)搖籃一直搖動(dòng)，對(duì)嬰兒的安撫作用就會(huì)降低。采用聲音觸發(fā)的自動(dòng)搖籃，缺點(diǎn)是嬰兒先是活動(dòng)，得不到安撫則會(huì)哭鬧，搖籃才會(huì)啟動(dòng)進(jìn)展安撫；另外如果因?yàn)閯e的原因哭鬧，搖籃則不能起到安撫作用。所以根據(jù)嬰兒的活動(dòng)來(lái)啟動(dòng)搖籃是比擬妥當(dāng)?shù)目刂品绞?。用單片機(jī)來(lái)控制搖籃的啟動(dòng)，本錢(qián)較低，適合這樣的應(yīng)用。另外，現(xiàn)有的搖籃不能應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況，比方嬰兒尿床和發(fā)燒等。這樣，如果看護(hù)者不在旁邊，搖籃并不能對(duì)嬰兒起到很好的照顧作用。如果借鑒上文4名英國(guó)大學(xué)生的設(shè)計(jì)思想，在現(xiàn)有的搖籃功能的根基上增加溫度傳感和濕度傳感器件，就可以在嬰兒尿床時(shí)及時(shí)提醒父母，以盡量減少嬰兒的不舒適感，當(dāng)嬰兒發(fā)燒時(shí)也可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，方便看護(hù)者隨時(shí)掌握嬰兒的身體狀況，從而降低嬰兒“搖籃死亡〞的幾率。所以，設(shè)計(jì)一款多功能的嬰兒搖籃可以讓父母不必隨時(shí)守在嬰兒身旁，促進(jìn)了嬰兒的安康睡眠，提高了大人和小孩的生活質(zhì)量，使家長(zhǎng)照看嬰兒更為方便。本文設(shè)計(jì)的多功能嬰兒搖籃采用電機(jī)控制搖床擺動(dòng)，采用9V交流電源供電，保證工作電壓處于安全范圍內(nèi)。當(dāng)嬰兒所發(fā)出的聲音超過(guò)一定分貝時(shí)，搖床就回自動(dòng)的一邊搖晃一邊播放音樂(lè)。當(dāng)嬰兒的墊子到達(dá)一定的濕度后〔即嬰兒尿床〕，可以通過(guò)濕度傳感器采集信息，經(jīng)過(guò)搖籃主控板處理后通知父母，讓家長(zhǎng)做出相應(yīng)的處理。一般嬰兒的正常的體溫在腋窩處為35.9℃～37.2℃之間，當(dāng)嬰兒的體溫超過(guò)正常范圍后，通過(guò)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在液晶界面顯示嬰兒的體溫，以便及時(shí)通知父母，并可以使父母立刻了解嬰兒的體溫狀況。該款多功能嬰兒搖籃比同類(lèi)產(chǎn)品的功能更齊全，可以讓父母晚上不出自己的房間便可以了解嬰兒的情況，使家長(zhǎng)照看嬰兒更為方便，因此該產(chǎn)品前景廣闊，有潛在的市場(chǎng)空間。大學(xué)生部落2總體設(shè)計(jì)思路搖籃實(shí)現(xiàn)的功能有：=1\*GB2⑴當(dāng)嬰兒哭叫時(shí)通過(guò)聲控電路控制電機(jī)自動(dòng)搖動(dòng)，并播放搖籃曲進(jìn)展催眠；=2\*GB2⑵搖籃有定時(shí)功能：可以根據(jù)需要設(shè)定搖籃搖動(dòng)的時(shí)間；=3\*GB2⑶當(dāng)嬰兒尿床時(shí)通過(guò)濕度感應(yīng)器的信號(hào)啟動(dòng)自動(dòng)報(bào)警；=4\*GB2⑷嬰兒體溫自動(dòng)監(jiān)護(hù)功能：體溫探測(cè)針在寶寶身上進(jìn)展自動(dòng)測(cè)溫，當(dāng)寶寶體溫超過(guò)正常值時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)通知看護(hù)者關(guān)注嬰兒的狀況。2.1方案論證方案一：運(yùn)用直流變頻技術(shù)，由嬰兒的啼哭聲啟動(dòng)搖籃工作，裝有定時(shí)裝置，1－60分鐘可自行調(diào)節(jié)，自動(dòng)停頓；假設(shè)嬰兒再次啼哭，哭聲可指令搖籃重新工作。另外，搖籃工作時(shí)是否播放音樂(lè)、音樂(lè)大小可選擇。這款搖籃代表了現(xiàn)在市面上大多數(shù)的智能搖籃，屬于聲控啟動(dòng)型。方案二：采用運(yùn)動(dòng)信號(hào)啟動(dòng)的方式，使用飛思卡爾加速度傳感器mma7260qt判斷嬰兒的活動(dòng)情況，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒活動(dòng)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟搖籃。搖籃系統(tǒng)采用飛思卡爾mc9s08qg8單片機(jī)作為控制器。但是，這種啟動(dòng)方式在技術(shù)上難度較大，需要在搖籃內(nèi)置很多感應(yīng)探測(cè)裝置，通過(guò)比擬各個(gè)裝置采集的信號(hào)判斷嬰兒的活動(dòng)情況。加速度傳感器測(cè)量運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作有很多算法，過(guò)于復(fù)雜，而且搖籃的內(nèi)置感應(yīng)裝置如果數(shù)量少，缺乏以準(zhǔn)確判斷運(yùn)動(dòng)情況，數(shù)量多則會(huì)增加設(shè)計(jì)和制造的難度，而且必然會(huì)增加很多本錢(qián)。比擬以上兩種方案而言，方案一的聲音信號(hào)驅(qū)動(dòng)更可行。在基于方案一的根基上，綜合多功能的考慮，提出設(shè)計(jì)方案三。方案三：在市場(chǎng)上現(xiàn)有的搖籃功能〔方案一〕的根基上增加溫度傳感和濕度傳感器件，就可以在嬰兒尿床時(shí)及時(shí)提醒父母，以盡量減少嬰兒的不舒適感，當(dāng)嬰兒發(fā)燒時(shí)也可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，方便看護(hù)者隨時(shí)掌握嬰兒的身體狀況，從而降低嬰兒“搖籃死亡〞的幾率。除了技術(shù)上的問(wèn)題以外，方案一和二的智能搖籃都只具有在嬰兒哭鬧時(shí)自動(dòng)搖擺并播放音樂(lè)的功能，因此只能起到單一的催眠功能，而不能應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況，比方嬰兒尿床和發(fā)燒等，這樣，如果看護(hù)者不在旁邊，搖籃并不能對(duì)嬰兒起到很好的照顧作用。這次設(shè)計(jì)的多功能搖籃希望有更高的智能性，給使用者帶來(lái)更大的方便。所以，設(shè)計(jì)選用方案三。2.2設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖1所示?？刂颇K由AT89S52單片機(jī)作為控制核心，硬件電路分為聲音檢測(cè)、溫度檢測(cè)、濕度檢測(cè)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)交互和報(bào)警等模塊。人機(jī)交互界面由定時(shí)按鍵和LCD顯示界面組成，可以顯示定時(shí)時(shí)間和嬰兒體溫、尿床狀態(tài)。通過(guò)軟件控制蜂鳴器實(shí)現(xiàn)音樂(lè)播放和報(bào)警。軟件局部應(yīng)用單片機(jī)C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的全部控制功能，包括定時(shí)設(shè)置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)顯示、報(bào)警和音樂(lè)播放等。溫度檢測(cè)溫度檢測(cè)話(huà)筒聲音處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)濕度檢測(cè)話(huà)筒聲音處理驅(qū)動(dòng)電機(jī)濕度檢測(cè)顯示界面顯示界面單片機(jī)單片機(jī)揚(yáng)聲器比較電路定時(shí)按鍵圖1系統(tǒng)總框圖其中，溫度檢測(cè)選用芯片18b20，因?yàn)樗w積小，僅有一根數(shù)據(jù)線(xiàn)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可以將它放入嬰兒搖床里，當(dāng)檢測(cè)到嬰兒的體溫高于或低于預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，單片機(jī)就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。嬰兒哭聲的檢測(cè)電路模塊由聲音采集和聲音檢測(cè)兩局部組成。由話(huà)筒采集到的聲音，要通過(guò)一個(gè)聲音檢測(cè)的濾波電路，此濾波電路會(huì)濾去嬰兒哭聲頻率段以外的電信號(hào)，從而保證采集到的是嬰兒的哭聲，只有哭聲信號(hào)才能通過(guò)比擬電路啟動(dòng)搖籃。圖2所示是報(bào)警系統(tǒng)的原理框圖。聲音傳感器、濕度傳感器及溫度傳感器先將收集到的聲音、濕度、溫度信號(hào)分別轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，轉(zhuǎn)化后的電信號(hào)送入比擬器比擬，確定信號(hào)是否超出額定范圍，進(jìn)而確定是否發(fā)送相應(yīng)的聲音、濕度、溫度警告信號(hào)。一旦單片機(jī)的濕度、溫度檢測(cè)控制引腳INT0和INT1收到外部中斷信號(hào)，就會(huì)中斷當(dāng)前的狀態(tài)，從而進(jìn)入中斷處理程序，發(fā)出相應(yīng)的溫度、濕度報(bào)警信號(hào)。比擬電路溫度傳感器濕度傳感器聲音傳感器比擬電路溫度傳感器濕度傳感器聲音傳感器比擬電路比擬電路單片機(jī)報(bào)警信號(hào)圖2報(bào)警原理框圖當(dāng)嬰兒哭鬧沒(méi)有入睡時(shí)，需讓系統(tǒng)自動(dòng)搖動(dòng)搖籃，并且蜂鳴器播放搖籃曲。這個(gè)功能需要由聲音傳感器、定時(shí)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其實(shí)現(xiàn)原理圖如圖3所示。定定時(shí)器聲音傳感器驅(qū)動(dòng)電機(jī)播放音樂(lè)圖3搖籃自動(dòng)搖動(dòng)控制系統(tǒng)聲音傳感器收集到的有效哭聲信號(hào)經(jīng)由比擬電路后傳給定時(shí)器，單片機(jī)利用定時(shí)器做5ms定時(shí)，以5ms為驅(qū)動(dòng)周期驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而帶動(dòng)搖籃擺動(dòng)。電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序通過(guò)C語(yǔ)言編程由軟件實(shí)現(xiàn)。首先，要定義好定時(shí)器的初值。無(wú)論使用多大的晶振，使用51單片機(jī)，一般都是12分頻出來(lái)，也就可以得出一個(gè)機(jī)器周期。定時(shí)器初值的計(jì)算方法如下：機(jī)器周期=12/n(n指晶振頻率)〔1〕假設(shè)要定時(shí)的時(shí)間為M，那么定時(shí)的初值為：M/機(jī)器周期=初值〔2〕TH0=(65536-初值)%256〔3〕TL0=(65536-初值)/256〔4〕將〔65536-初值〕所得的值化成16進(jìn)制，其高位就是TH0的值，低位為T(mén)L0的值。在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)使用的是12M晶振，做5ms定時(shí)計(jì)算如下：機(jī)器周期=12/12**10^6=1us(微秒)定時(shí)初值=(5*10^-3)/(1*10^-6)=1000所以：TH0=〔65536-1000〕%256TL0=〔65536-1000〕/256將65536-1000=64536化為16進(jìn)制為：0xFC，0X18。TH0=0xFC；TL0=0X18。嬰兒搖籃控制模塊的主要技術(shù)指標(biāo)如下：=1\*GB2⑴檢測(cè)到嬰兒哭聲或者一樣頻率的聲音信號(hào)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)，搖籃開(kāi)場(chǎng)擺動(dòng)，并且蜂鳴器會(huì)同時(shí)播放樂(lè)曲；=2\*GB2⑵通過(guò)定時(shí)按鍵可以設(shè)置擺動(dòng)定時(shí)時(shí)間，并可以在LCD上顯現(xiàn)出；=3\*GB2⑶當(dāng)濕度傳感器上的水量大于1毫升時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，LCD顯示“WET〞尿床報(bào)警字樣；=4\*GB2⑷當(dāng)溫度傳感器感應(yīng)到的溫度高于37°C或低于36°C時(shí)，LCD上自動(dòng)顯示當(dāng)前嬰兒體溫，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警音。要求溫度、濕度、聲音傳感器反響靈敏、工作可靠、控制精度高。搖動(dòng)系統(tǒng)采用減速電機(jī)，低壓驅(qū)動(dòng)，保障嬰兒的安全。搖晃機(jī)構(gòu)工作時(shí)噪音較小，保障嬰兒睡眠。報(bào)警電路采用蜂鳴器及顯示界面同時(shí)報(bào)警，以便于及時(shí)將嬰兒的狀態(tài)傳達(dá)給父母。大學(xué)生部落3搖籃控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)多功能嬰兒搖籃控制模塊的硬件系統(tǒng)包括搖籃驅(qū)動(dòng)模塊、哭聲檢測(cè)電路、濕度檢測(cè)電路、溫度檢測(cè)電流、人機(jī)交互模塊、報(bào)警電路及主控MCU組成?？刂颇K的硬件系統(tǒng)總體電路原路圖如圖4所示。圖4控制模塊原理圖3.1搖籃驅(qū)動(dòng)模塊搖籃擺動(dòng)原理構(gòu)造與模型：=1\*GB3①電磁式：構(gòu)造件：它是由一個(gè)下座連支架、一個(gè)搖籃、一個(gè)平衡塊與平衡桿組成，下座的支架有一個(gè)軸承通過(guò)軸與搖籃相連接，并且可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，平衡塊是可以調(diào)節(jié)重量，使搖籃的重心處于轉(zhuǎn)軸上。磁動(dòng)力：在搖籃底部有一個(gè)磁性條，在下座中央有一個(gè)電磁鐵。=2\*GB3②電動(dòng)式：構(gòu)造件與電磁式一樣。動(dòng)力局部是用一個(gè)汽車(chē)用雨水劃水器安裝在軸承處，每當(dāng)劃水器將滑臂劃動(dòng)一下，就會(huì)帶動(dòng)搖籃晃動(dòng)一下。如果調(diào)節(jié)劃水器劃動(dòng)頻率，即可使搖籃晃動(dòng)頻率改變。圖5搖籃驅(qū)動(dòng)模型本次設(shè)計(jì)的搖籃驅(qū)動(dòng)原理圖如圖5所示，搖籃的擺動(dòng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，每當(dāng)CPU啟動(dòng)擺動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，只需控制電機(jī)前轉(zhuǎn)后轉(zhuǎn)的周期，即可帶動(dòng)搖籃擺動(dòng)。搖籃驅(qū)動(dòng)的控制由單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，采用三極管8550構(gòu)成電流放大電路，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)單片機(jī)的P3^6引腳輸出電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，電機(jī)啟動(dòng)。單片機(jī)利用定時(shí)器做5ms定時(shí)，以5ms為驅(qū)動(dòng)周期驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從而帶動(dòng)搖籃擺動(dòng)。為了方便緩沖，用一根橡皮筋將電機(jī)與搖籃底部相連，就可以解決電機(jī)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動(dòng)方向的問(wèn)題，防止搖籃在轉(zhuǎn)向瞬間突然劇烈擺動(dòng)。3.2嬰兒哭聲檢測(cè)電路聲音檢測(cè)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵局部，要求具有較好的靈敏度和抗干擾能力。駐極體傳聲器是一種微型聲電轉(zhuǎn)換器，這種傳聲器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍寬和體積小等優(yōu)點(diǎn)。在本系統(tǒng)中選用駐極體話(huà)筒作為聲音檢測(cè)局部的聲音傳感器，用其將聲音信號(hào)變換成電信號(hào)。所選前置放大電路如下，再通過(guò)電壓比擬器連接到單片機(jī)的I/O口。圖6聲音信號(hào)放大及濾波電路本模塊的一個(gè)關(guān)鍵是限制信號(hào)的頻率，將嬰兒哭聲與其他聲音區(qū)分，以防止一些其他聲音的干擾，造成搖籃誤啟動(dòng)?？蘼暤念l率范圍是從441.8赫茲到502.9赫茲。聲頻濾波電路將對(duì)一定嬰兒哭聲頻帶的聲音信號(hào)進(jìn)展濾波，如果輸入對(duì)應(yīng)于該頻帶的聲音信號(hào)，那么比擬器將把中斷信號(hào)輸出到單片機(jī)的聲音檢測(cè)引腳。聲音檢測(cè)局部的電路如以下列圖所示：圖6聲音檢測(cè)電路3.2.1駐極體微型傳聲器駐極體微型傳聲器具有體積小、構(gòu)造簡(jiǎn)單、電聲性能好，廣泛用于盒式錄音機(jī)、話(huà)筒、手機(jī)、MP3及聲控等電路中。在本系統(tǒng)中選用駐極體話(huà)筒作為聲音檢測(cè)局部的聲音傳感器，用其將聲音信號(hào)變換成電信號(hào)。圖7駐極體微型傳聲器傳聲器主要由聲電轉(zhuǎn)換和阻抗變換兩局部組成。聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是傳聲器振動(dòng)膜,它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜,然后再經(jīng)過(guò)高壓電場(chǎng)駐極后，兩面分別駐有異性電荷,膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開(kāi),這樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比擬小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在傳聲器內(nèi)接入一只結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體三極管來(lái)進(jìn)展阻抗變換,場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場(chǎng)效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再?gòu)?fù)合一只二極管的專(zhuān)用場(chǎng)效應(yīng)管。接二極管的目的是在場(chǎng)效應(yīng)管受強(qiáng)信號(hào)沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場(chǎng)效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話(huà)筒的輸出線(xiàn)便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線(xiàn)，漏極D，一般用紅色塑料線(xiàn)和連接金屬外殼的編織屏蔽線(xiàn)。3.2.2四路運(yùn)算放大器LM324LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，LM324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。LM324系列器件為價(jià)格廉價(jià)的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3。0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。LM324的特點(diǎn)：=1\*GB3①短跑保護(hù)輸出；=2\*GB3②真差動(dòng)輸入級(jí)；=3\*GB3③可單電源工作：3V-32V；=4\*GB3④低偏置電流：最大100nA；=5\*GB3⑤每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；=6\*GB3⑥具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ埽?7\*GB3⑦共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；=8\*GB3⑧行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；=9\*GB3⑨輸入端具有靜電保護(hù)功能。該芯片的內(nèi)部包含四組形式完全一樣的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。每一組運(yùn)算放大器可用如以下列圖的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+〞、“-〞為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+〞、“V-〞為正、負(fù)電源端，“Vo〞為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-〔-〕為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+〔+〕為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位一樣。LM324引腳排列見(jiàn)圖8。LM124、LM224和LM324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。LM124是軍品,LM224為工業(yè)品,而LM324為民品。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此他被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。大學(xué)生部落圖8LM324引腳及內(nèi)部構(gòu)造3.3濕度檢測(cè)電路濕度檢測(cè)電路主要用于嬰兒尿床的檢測(cè)。本文設(shè)想了兩種方案：=1\*GB2⑴用集成濕度傳感器IH3605，此傳感器在片內(nèi)可完成信號(hào)的調(diào)整，且精度高，線(xiàn)性好。但價(jià)格較高。=2\*GB2⑵在一塊電路板嚴(yán)密鍍兩塊錫分別作為濕度檢測(cè)電路的兩極，如圖9所示，錫成條狀相互嵌套但不連通。假設(shè)嬰兒尿床，濕度檢測(cè)電路兩極電阻由無(wú)窮大降低為幾十歐姆，可利用此性質(zhì)，通過(guò)電阻分壓使得電平變化完成尿床檢測(cè)功能。圖9濕度檢測(cè)電路因?yàn)楸疚牡臐穸葯z測(cè)電路僅要求模塊在嬰兒尿床時(shí)能夠感應(yīng)到即可，并不要求有很高的精度，也不要求區(qū)分濕度的具體數(shù)值，方案二完全可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。而且，原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，相對(duì)于集成濕度傳感器IH3605本錢(qián)更低。3.4嬰兒體溫檢測(cè)電路嬰兒體溫的測(cè)量采用溫度傳感器DS18B20，采集到的溫度傳給單片機(jī)并在液晶屏上顯示出來(lái)，以方便父母了解嬰兒體溫。當(dāng)傳感器采集到的溫度超出設(shè)定范圍〔即嬰兒發(fā)燒〕時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。3.4.1DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司繼DS1820之后推出的一種改良型單總線(xiàn)數(shù)字式溫度傳感器,它具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作靈活、無(wú)須外接電路的優(yōu)點(diǎn)。在使用過(guò)程中,信息經(jīng)過(guò)單線(xiàn)接口輸入輸出，因此從處理器到DS18B20僅需一根I/O數(shù)據(jù)線(xiàn)。讀、寫(xiě)和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線(xiàn)本身提供，而不需要外部電源,并可由用戶(hù)設(shè)置溫度報(bào)警界限。它被廣泛應(yīng)用于精細(xì)儀器間、存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)等需要測(cè)量和控制溫度的地方。DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造見(jiàn)圖10。它主要由4局部組成:64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。圖10DS18B20的內(nèi)部構(gòu)造DS18B20數(shù)字溫度傳感器是單總線(xiàn)器件，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來(lái)組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，在一根通信線(xiàn)，可以?huà)旌芏噙@樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。DS18B20的引腳介紹如下：TO－92封裝的DS18B20的引腳排列見(jiàn)圖11，其引腳功能描述見(jiàn)表1。321圖11DS18B20的引腳排列其中,DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端；GND為電源地；Vdd為外接供電電源輸入端(在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地)。表1DS18B20詳細(xì)引腳功能描述序號(hào)名稱(chēng)引腳功能描述1GND地信號(hào)2DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。開(kāi)漏單總線(xiàn)接口引腳。當(dāng)被用著在寄生電源下，也可以向器件提供電源。3Vdd可選擇的VDD引腳。當(dāng)工作于寄生電源時(shí)，此引腳必須接地。DS18B20溫度傳感器的特點(diǎn)如下：=1\*GB3①獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式。DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通信。=2\*GB3②在使用中不需要任何外圍元件。=3\*GB3③可用數(shù)據(jù)線(xiàn)供電，電壓范圍為+3.0～+5.5V。=4\*GB3④測(cè)溫范圍為-55～+125℃。固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。=5\*GB3⑤通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)字讀數(shù)方式。最高測(cè)溫精讀可達(dá)0.0675℃。最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms。=6\*GB3⑥用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。=7\*GB3⑦支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能。多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的3線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。=8\*GB3⑧負(fù)壓特性。電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。3.4人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊的任務(wù)是：通過(guò)按鍵預(yù)置搖籃搖晃的定時(shí)時(shí)間，LCD顯示器顯示嬰兒體溫狀態(tài)和定時(shí)時(shí)間、尿床報(bào)警等。在此本文選用LCD1602液晶顯示屏和定時(shí)設(shè)置按鍵組成。3.4.1LCD顯示電路液晶顯示模塊因其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧、使用方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，在通訊、儀器儀表、電子設(shè)備、家用電器等低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。字符型液晶是一種用5*7點(diǎn)陣圖形來(lái)顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等，最常用的為2行16個(gè)字，LCD1602即是一款應(yīng)用廣泛的2行16個(gè)字的字符型液晶顯示模塊。表21602引腳定義引腳號(hào)引腳名電平輸入/輸出作用1Vss電源地2Vcc電源〔+5V〕3Vc比照調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫(xiě)入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取信息6E1,1→0輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，1→0〔下降沿〕執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line0〔最低位〕8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線(xiàn)line7〔最高位〕15BL0+VccLCD背光電源正極16BL1接地LCD背光電源負(fù)極1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，上表2為其引腳定義。1602與單片機(jī)的連接如圖12所示：圖121602與單片機(jī)連接電路1602液晶模塊內(nèi)帶標(biāo)準(zhǔn)字符庫(kù)，內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器〔CGROM〕已經(jīng)存儲(chǔ)了192個(gè)5*7點(diǎn)陣字符，32個(gè)5*10點(diǎn)陣字符。另外還有字符生成RAM〔CGRAM〕512字節(jié)，供用戶(hù)自定義字符。如圖13所示，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比方大寫(xiě)的英文字母“A〞的代碼是01000001B〔41H〕，顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A〞。下面是1602液晶模塊的一些主要技術(shù)參數(shù)：=1\*GB2⑴邏輯工作電壓〔VDD〕：+4.5～+5.5V；=2\*GB2⑵LCD驅(qū)動(dòng)電壓〔VDD-VL〕：+4.5～+13.0V；=3\*GB2⑶工作溫度〔Ta〕：0～60℃〔常溫〕/-20～75℃〔寬溫〕；=4\*GB2⑷工作電流：<2.0mA；=5\*GB2⑸屏幕視域尺寸：62.5*16.1mm。搖籃系統(tǒng)啟動(dòng)以后，LCD的第一行顯示的是默認(rèn)定時(shí)擺動(dòng)時(shí)間“10:00〞，第二行顯示的是當(dāng)前嬰兒的體溫，例如嬰兒當(dāng)前的體溫是36.5°C,那么LCD的第二行就會(huì)顯示“SA.36.5°C〞。在定時(shí)設(shè)置工作狀態(tài)下，第一行顯示的是所設(shè)定的擺動(dòng)時(shí)間；當(dāng)嬰兒尿床時(shí)，在報(bào)警的同時(shí)，液晶屏第二行溫度顯示后面會(huì)顯示“WET〞字樣，以說(shuō)明嬰兒尿床的狀態(tài)。圖13CGROM中字符碼與字符字模關(guān)系對(duì)照表3.4.2定時(shí)設(shè)置電路鍵盤(pán)輸入控制電路主要是用于設(shè)置定時(shí)時(shí)間,即定時(shí)設(shè)置電路，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。該系統(tǒng)的鍵盤(pán)設(shè)計(jì)是采用掃描方式實(shí)現(xiàn)的矩陣鍵盤(pán)。鍵盤(pán)的列線(xiàn)通過(guò)上拉電阻將管腳拉高,這樣在沒(méi)有按鍵按下的情況下,管腳電平為高電平,如果有按鍵按下,則相應(yīng)的列線(xiàn)管腳為低電平,從而觸發(fā)中斷進(jìn)入中斷服務(wù)程序,進(jìn)而獲得輸入的數(shù)據(jù)。鍵盤(pán)共有四個(gè)按鍵,按鍵S1用來(lái)確定定時(shí)操作，用于確定定時(shí)操作的開(kāi)場(chǎng)和完畢；按鍵S2和S3分別用來(lái)對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)展加1和減1操作；按鍵S4用來(lái)取消定時(shí)，此時(shí)搖籃啟動(dòng)后將一直擺動(dòng)。定時(shí)設(shè)置電路如圖14所示：圖14定時(shí)設(shè)置電路3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖15所示，由于AT89S52單片機(jī)管腳最大直流輸出電流為15mA，缺乏以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為了獲得較大的驅(qū)動(dòng)電流，在單片機(jī)引腳和電機(jī)驅(qū)動(dòng)引腳之間接入一個(gè)三極管，串聯(lián)一個(gè)電阻，三極管基極接單片機(jī)，集電極接地，發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電機(jī)，構(gòu)成共集電極放大電路，來(lái)放大單片機(jī)輸出的電流。本文采用的三極管8550是一種低電壓，大電流，小信號(hào)的PNP型硅三極管，放大系數(shù)約為150，放大后的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流可到達(dá)2A左右。在電機(jī)的正負(fù)引腳間反串一個(gè)二極管，用來(lái)保護(hù)三極管。圖15電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.6報(bào)警電路報(bào)警電路由單片機(jī)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器組成，與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路類(lèi)似，如圖16所示，同樣采用三極管8550構(gòu)成電流放大電路，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。當(dāng)單片機(jī)的P2^7引腳輸出電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器鳴叫發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外，蜂鳴器不僅用于報(bào)警，還用來(lái)在搖籃擺動(dòng)時(shí)播放催眠曲。這個(gè)功能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，在音樂(lè)播放標(biāo)志位musicflag=1時(shí)，調(diào)用樂(lè)曲程序，就可以利用蜂鳴器播放音樂(lè)，到達(dá)輔助催眠的作用。圖16報(bào)警電路3.7主控單片機(jī)系統(tǒng)的主控局部采用單片機(jī)AT89S52。89S52單片機(jī)內(nèi)部資源豐富，足可以完成所需功能。AT89S52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，典型的構(gòu)造如圖17所示。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停頓工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停頓，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。圖17單片機(jī)內(nèi)部構(gòu)造框圖AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷構(gòu)造，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，8kBytesFlash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，32個(gè)外部雙向輸入/輸出〔I/O〕口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門(mén)狗〔WDT〕電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。圖18為AT89S52單片機(jī)的引腳圖。圖18AT89S52引腳圖按照功能，AT89S52的引腳可分為主電源、外接晶體振蕩或振蕩器、多功能I/O口、控制和復(fù)位等。AT89S52共有四個(gè)8位的并行I/O口：P0、P1、P2、P3端口，共32根I/O線(xiàn)。每根線(xiàn)可以單獨(dú)用作輸入或輸出。P1.0與P1.1可以配置成定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入端〔P1.0/T2〕與定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入端〔P1.0/T2EX〕，如表2所示。表3P1口管腳復(fù)用功能端口引腳復(fù)用功能P1.0T2〔定時(shí)器/計(jì)算器2的外部輸入端〕P1.1T2EX〔定時(shí)器/計(jì)算器2的外部觸發(fā)端和雙向控制〕P1.5MOSI〔用于在線(xiàn)編程〕P1.6MISO〔用于在線(xiàn)編程〕P1.7SCK〔用于在線(xiàn)編程〕在AT89S52中，同樣P3口還用于一些復(fù)用功能，如表4所列。在對(duì)Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P3口還接收一些控制信號(hào)。表4P3端口引腳與復(fù)用功能表端口引腳復(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)存儲(chǔ)器讀選通〕多功能嬰兒搖籃控制模塊的硬件系統(tǒng)總體電路原路圖如圖19所示。圖19系統(tǒng)總體電路圖4搖籃控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件局部采用模塊化程序設(shè)計(jì)C語(yǔ)言設(shè)計(jì)方法，主要包括系統(tǒng)主程序、初始化模塊子程序、液晶顯示子程序、鍵盤(pán)掃描子程序、溫度處理子程序、中斷服務(wù)子程序等。3.1主程序模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序?qū)崿F(xiàn)了定時(shí)設(shè)置、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)顯示、報(bào)警和音樂(lè)播放等控制功能。以下為主函數(shù)程序：voidmain(void){InitLcd();beep=0;ddelay(40);/*延時(shí)大約40Ms,等待外設(shè)準(zhǔn)備好*/Initime();//定時(shí)器初始化 IT0=1;EX0=1;EA=1;//外部中斷WriteCommandLCM(0x0c,1);//顯示屏翻開(kāi)，光標(biāo)不顯示、閃爍，檢測(cè)忙信號(hào)DisplayListChar(0,0,str0);DisplayListChar(0,1,str1); ddelay(200);ddelay(200); ddelay(200); beep=1;protemp();while(1){ keyscan(); //定時(shí)顯示處理 if(timeflag==1)distime(); //定時(shí)時(shí)間到，停頓處理if(timeflag==1&&settime==00&&sec==00) {timeflag=0;shakeflag=0;shake=1;soundflag=0;}keyscan();//尿液檢測(cè)處理if(waterflag==1) {beep=0;waterflag=0;DisplayListChar(0,1,str2);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);beep=1;waterflag=0;}//聲音檢測(cè)處理,啟動(dòng)定時(shí)器，搖動(dòng)if(soundflag==1) { if(timeflag==0) { timeflag=1;distime(); shakeflag=1; } }//溫度處理及顯示protemp();}}//外部中斷處理函數(shù)voidex0(void)interrupt0{waterflag=1;}主程序流程圖如以下列圖所示：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化溫度處理及顯示開(kāi)場(chǎng)掃描鍵盤(pán)是否設(shè)置定時(shí)定時(shí)顯示處理定時(shí)到了嗎掃描鍵盤(pán)檢測(cè)尿床否NYNYNY定時(shí)顯示處理定時(shí)顯示處理定時(shí)顯示處理定時(shí)顯示處理檢測(cè)哭叫否檢測(cè)哭叫否Y3.2液晶顯示模塊設(shè)計(jì)/*顯示指定坐標(biāo)的一串字符〔X=0～15，Y=0～1〕子函數(shù)，函數(shù)名為DisplayListChar，定義X、Y為無(wú)符號(hào)字符型變量，DDate為指向code區(qū)的無(wú)符號(hào)字符型指針變量*/voidDisplayListChar(ucharX,ucharY,ucharcode*DData){//DisplayListChar函數(shù)開(kāi)場(chǎng)ucharListLength=0;//定義ListLength為無(wú)符號(hào)字符型變量，并賦初值為0Y&=0x1;//Y的變化范圍0~1X&=0xF;//X的變化范圍0~15while(X<=15)//X<=15時(shí)進(jìn)入while語(yǔ)句循環(huán){//while語(yǔ)句開(kāi)場(chǎng)DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);//顯示單個(gè)字符ListLength++;//數(shù)組指針遞增X++;//X軸座標(biāo)遞增}//while語(yǔ)句完畢}//DisplayListChar函數(shù)完畢3.3溫度處理模塊設(shè)計(jì)程序采用C語(yǔ)言編寫(xiě),主要完成對(duì)DS18B20的讀寫(xiě)操作,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集,并獲取最終溫度送至單片機(jī)內(nèi)存。由于DS18B20工作在單總線(xiàn)方式,數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)都占用同一根線(xiàn),所以每種操作都必須嚴(yán)格按照時(shí)序進(jìn)展。在測(cè)溫時(shí)首先設(shè)置DS18B20的DQ為高電平,然后初始化DS18B20,成功后DS18B20接收單片機(jī)的命令,為了簡(jiǎn)單起見(jiàn),這里跳過(guò)ROM命令設(shè)置匹配過(guò)程,然后再次初始化DS18B20,在成功后啟動(dòng)測(cè)溫,最后將溫度保存返回。測(cè)溫子程序流程如圖20所示：開(kāi)場(chǎng)開(kāi)場(chǎng)設(shè)置DQ=1復(fù)位DS18B20成功寫(xiě)DS18B20命令，跳過(guò)ROM命令設(shè)置長(zhǎng)時(shí)間延時(shí)復(fù)位DS18B20成功寫(xiě)DS18B20命令，開(kāi)場(chǎng)測(cè)溫取得溫度圖20測(cè)溫子程序流程圖測(cè)溫子程序如下：voidgettempTS(void)//讀取測(cè)得的環(huán)境溫度{resetTS();//DS18B20復(fù)位writeBTS(0xcc);//忽略ROM匹配writeBTS(0x44);//溫度轉(zhuǎn)換命令delay(200);resetTS();