基于凌陽(yáng)單片機SPCE061A的紅外泵液器的設計

　　O 引言

　　紅外泵液器通常用于完成“伸手出水，縮手停水”功能，一般可提供手動(dòng)和自動(dòng)兩種泵液模式，同時(shí)具有低電壓檢測報警以及使用完畢后語(yǔ)音提示等功能。紅外泵液器在工作時(shí)，一般首先通過(guò)傳感器將伸手出水動(dòng)作轉換成電信號，并通過(guò)紅外發(fā)射二極管發(fā)出紅外光去控制受控裝置中的紅外接收二極管，再利用光照強弱來(lái)改變電路中的電流。當伸出手時(shí)，接收部分收到的紅外線(xiàn)強度降低，轉換的電流強度減弱，拿開(kāi)手時(shí)，紅外直射到光敏管上，輸出電流增強；之后的第二步，再將電流信號的強弱轉換為能被SPCE06lA單片機識別的高低電平。由此需要電路具有流控電壓源的功能，高電平約為5V，低電平為0V，為此，可采用雙極性三極管的共射極接法來(lái)實(shí)現；第三步，則是通過(guò)對高低電壓信號的判斷來(lái)輸出控制信號，并將控制信號輸出給電機，再通過(guò)電機控制水泵。這部分主要是對IOB2的中斷檢測，伸手時(shí)紅外線(xiàn)被擋住，三極管截止，IOB2得到高電平，即利用IOB2的上升沿中斷申請功能(或者使用查詢(xún)方法)來(lái)向SPCE06lA單片機提出放水的中斷請求。

　　通過(guò)以上三個(gè)操作步驟，僅僅可以基本完成設計功能，而本文對上述傳統設計的改進(jìn)之處有以下三點(diǎn)：

　　(1)使用1*3鍵盤(pán)提供自動(dòng)與手動(dòng)切換。在自動(dòng)模式下，手伸到儀器出水，手離開(kāi)停止；手動(dòng)模式下，按下2鍵出水，按3鍵停止。

　　(2)改進(jìn)了工作指示燈電路模塊。當電路處于工作狀態(tài)時(shí)，指示燈亮。

　　(3)改進(jìn)了語(yǔ)音播報，由于SPCE061A單片機集成了2個(gè)10位DAC(數一模轉換)模塊，因此，利用這部分資源可以方便地實(shí)現數字到模擬信號的轉換，從而使人機交互更友好，同時(shí)也可以表明當前系統的工作狀態(tài)。

　　1 紅外泵液器的硬件設計

　　本系統的工作組成原理如圖1所示。

　　本方案采用凌陽(yáng)SPCE061A單片機。并選用GR4010l紅外發(fā)射二極管作為紅外發(fā)射器件．GDl6ll硅PIN型光敏二極管作為紅外接收器件。微型電機選用QDB一30—3．0作為泵液器的驅動(dòng)。紅外傳感部分可用來(lái)檢測是否有人需要使用泵液器，它分為紅外發(fā)射和紅外接收兩部分。紅外發(fā)射管采用GR40101，主要通過(guò)IOB8輸出一定頻率的脈沖來(lái)控制紅外發(fā)射管的發(fā)射頻率。紅外接收管則采用GD1611，可利用IOB2的外部中斷功能來(lái)進(jìn)行檢測。語(yǔ)音播報部分采用SPCE061A內部的DACl輸出信號到語(yǔ)音電路，再使用A2000格式放音。本系統提供3個(gè)按鍵，可用來(lái)設定出液量、自動(dòng)、手動(dòng)泵液等，他們占用SPCE06lA的IOA0—2共3根I／O線(xiàn)。系統選用微型電機來(lái)作為泵液的驅動(dòng)，電機的控制是由一個(gè)三極管作為電子開(kāi)關(guān)完成的?？赏ㄟ^(guò)IOB4控制三極管，從而控制電機。利用SPCE061A內部的LVD單元可以完成低電壓檢測，而不需要外接其它組件。此外，系統還提供了一個(gè)發(fā)光二極管作為工作指示燈，并可用IOA5來(lái)控制。

　　圖2所示是系統的控制電路原理圖。電路中，SPCE061A為主控制芯片，IOA5控制工作指示燈。當系統接上電源時(shí)，可通過(guò)過(guò)程控制IOA5輸出高電平，工作指示燈一直亮著(zhù)。1*3鍵盤(pán)的功能是分別設定自動(dòng)與手動(dòng)模式的切換、手動(dòng)下出水、手動(dòng)下停水，其占用IOA0-2三個(gè)端口。當第一次按下1鍵時(shí)，默認為自動(dòng)模式，即當手伸到儀器時(shí)，IOB2口接收不到IOB8口發(fā)射出來(lái)的紅外控制信號，則單片機控制IOA4口并控制電機轉動(dòng)泵水，當手離開(kāi)時(shí)，IOB2口接收到紅外信號，控制電機停止出水。當再次按下1鍵，則切換到手動(dòng)模式，這時(shí)按下2鍵開(kāi)始出水，按3鍵停止出水。當電機由轉動(dòng)轉變?yōu)橥Ｖ箷r(shí)，單片機控制DACl口播放“謝謝”。當電壓低于開(kāi)始設定的電壓值時(shí)，系統播放聲音報警。

　　圖2中，SPCE06lA的IOB2口用于檢測接收信號(該信號的兩種狀態(tài)高低電平表明伸手縮手動(dòng)作)，IOB8口用于控制紅外發(fā)射，IOA4控制微電機，IOA5是工作指示燈，IOA0—2可控制1*3鍵盤(pán)，IOA9口是低壓檢測，DACl口接語(yǔ)音播報。引腳12、13是振蕩器的輸出和輸入，引腳16、17、18分別接在線(xiàn)調試器的使能端、時(shí)鐘腳和數據腳。

　　2 紅外泵液器的軟件設計

　　根據設計的功能以及硬件電路，本系統的軟件部分共需要如下幾部分控制程序：

　　第一是發(fā)射紅外信號。由紅外發(fā)射二極管GR40101可知，SPCE06lA單片機的IOB8應輸出固定頻率的脈沖，以激勵器件發(fā)射紅外線(xiàn)，因此程序首先需要完成此項功能。實(shí)際的程序應通過(guò)SPCE061A單片機內部的計時(shí)中斷產(chǎn)生8 kHz的脈沖。具體的操作是通過(guò)SPCE061A單片機工作的晶振頻率來(lái)計算經(jīng)過(guò)多少分頻才能將頻率降低至8 kHz，由此得到計數值并將計數值填入計數器，同時(shí)對相應中斷寄存器進(jìn)行設置。然后在計時(shí)中斷的中斷服務(wù)子程序中通過(guò)語(yǔ)句IOB8=!IOB8來(lái)控制該IO口以輸出8 kHz的方波。

　　其次是紅外信號的接收處理。在硬件部分已經(jīng)說(shuō)明，本裝置在伸手時(shí)，IOB2將出現高電平，其它情況該引腳輸出為低電平，由此可通過(guò)IOB2的中斷功能實(shí)現對高電平的檢測，當IOB2出現上升沿時(shí)，表明此時(shí)伸手，系統進(jìn)入IOB2的中斷服務(wù)程序，該中斷服務(wù)程序可完成控制水泵和指示燈的功能。

　　再就是鍵盤(pán)掃描程序?？刹捎貌樵?xún)方法循環(huán)檢測是否有鍵按下，當檢測到按鍵端口有低電平時(shí)，便進(jìn)入相應的處理程序，其中管理自動(dòng)手動(dòng)模式的按鍵是通過(guò)這樣的方法實(shí)現的，即每次有鍵按下，標志位變化，原來(lái)為0就置位，為1就清零，從而控制手動(dòng)和自動(dòng)的選擇。其它的按鍵進(jìn)入按鍵處理程序后作相應的處理，同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音輸出等。

　　圖3所示是本系統的軟件流程圖。首先是系統的初始化，然后是各個(gè)IO端口的初始化，最后執行系統任務(wù)。主任務(wù)的流程是IOA0-2口都處于高電平，當按下哪個(gè)鍵時(shí)，哪個(gè)端口變?yōu)榈碗娖?，然后檢測IOA0—2端口的電平值，如果發(fā)現有端口變?yōu)榈碗娖?，則把信息送到主任務(wù)那邊的等待鍵盤(pán)信息，當人使用完后結束，系統返回上面一層，繼續等待鍵盤(pán)信息；如果發(fā)現鍵盤(pán)的各端口都是高電平，沒(méi)有變?yōu)榈碗娖降亩丝?，則返回，然后繼續鍵盤(pán)掃描任務(wù)。

　　3 結束語(yǔ)

　　本文給出了一種由凌陽(yáng)公司生產(chǎn)的單片機芯片SPCE061A控制的紅外泵液器的改進(jìn)設計方法。經(jīng)改進(jìn)后的泵液器增加了手動(dòng)和自動(dòng)模式轉換、低電壓檢測報警以及使用完畢后語(yǔ)音提示等三項功能。實(shí)測證明：該裝置還具有抗干擾能力強，無(wú)誤操作且省電節能等特點(diǎn)。