基于单片机的自动擦鞋机

基于单片机的自动擦鞋机序言随着信息技术的普及和发展，红外技术得到了迅猛发展。

红外探测/控制技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产过程控制、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、红外育种、红外加热、材料加工和处理、安全防范、家用电器控制及日常生活（如自动擦鞋机、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调等）各个方面都得到了广泛的应用。

[13]单片微型计算机又称嵌入式微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。

它在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。

20世纪80年代以来，国际上单片机的发展很快，世界上著名的半导体厂商都有它的单片机系列产品，单片机的应用不断深入到国民经济各个领域，处处可以看到电脑型的电子产品。

单片机的应用技术是一项新型的软硬件工程技术，其内涵随着单片机的发展而发展。

[7] 在现实生活中，擦鞋是每家每户生活中必不可少的一部分，但擦鞋又是一件比较烦琐的事情。

每当出门时看见鞋子上有很多灰尘，比较脏，如果只是稍微擦一下又擦不干净，跟没擦差不多，但如果仔仔细细的擦一下的话又很费时间，而且还容易弄脏自己的手和衣物。

如何让擦鞋变得既省时又省力呢？基于单片机的自动擦鞋机就能为我们解决这个问题。

本擦鞋机是采用红外线发射、接收、集成电路控制的新一代电器产品，设计合理、操作简便。

伸脚既开，抽脚延时15秒关闭，全自动工作。

还有语音提示，数码管显示时间，甚至还可以听取音乐。

您要做的就是把脚伸进擦鞋机，其他的事情全部由它来完成。

适合企事业单位办公室、家庭等小型服务场所。

如果鞋已久未护理、干裂、泛白，可把脚移到油嘴处，用鞋把嘴滚珠轻轻托起，油便自行注到鞋面，涂多少自定，再放到抛光轮上抛光即可。

鞋离开后20秒自动停止工作。

1. 进门免戴鞋套、不用换拖鞋、将尘土和病毒拒之门外 2. 快速方便的清洗鞋底、鞋面、侧面 3. 解决雨天鞋底泥水带入室内的烦恼 4. 解决了购买大量拖鞋而占用室内空间的问题 5. 减轻了清洁地板的劳动强度 6. 避免换鞋处各种鞋子发出的呛人气味，改善室内空气质量。

本设计应用单片机设计一个自动擦鞋机。

基于单片机的自动擦鞋机的硬件构成包括变压器、稳压集成模块7805、红外发射与接收管、AT89C2051芯片、L293D芯片等组成的电源电路、红外发射与接收电路、单片机系统控制电路、电机驱动电路和显示电路。

单片机系统控制电路用来控制整个系统的正常运行，是整个系统的核心。

该系统主要通过红外发射与接收电路检测信号，运用单片机的运算和处理能力来实现擦鞋机的转动，并通过显示电路显示其工作状态。

第1章擦鞋机的概述1.1结构本设计是由单片机系统控制电路、电源电路、红外发射与接收电路、电机驱动电路、显示电路和外壳组成。

本设计的结构实物图如图1-1所示。

图1-1 实物图1.2原理基于单片机的自动擦鞋机主要由输入、控制系统和输出三部分组成。

输入部分主要包括电源电路和红外发射与接收电路；控制系统部分主要有单片机和外围电路（上电自动复位电路、时钟电路、显示电路）组成，该部分是整个系统电路的核心；输出部分由驱动电路组成。

基于单片机的自动擦鞋机主要通过红外发射与接收电路检测信号，运用单片机的运算和处理能力来实现擦鞋机的转动，并通过显示电路显示其工作状态。

该系统电路的一般框图如图1-2所示。

图1-2 一般框图1.3设计方案方案一：采用各类数字电路来组成擦鞋机的控制系统，对外围红外信号进行处理。

本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于擦鞋机智能化的扩展，对各路信号处理比较困难。

方案二：采用AT89C2051单片机来作为整机的控制单元。

红外线探头采用市面上通用的发射管以及接收管组成简易的遮挡式红外发射与接收电路，将感应到的红外信号通过三极管的工作状态转化为数字信号送到单片机系统处理。

此系统比较灵活，采用软件方法来解决复杂的硬件电路部分，使系统硬件简洁化，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。

第2章基于单片机的自动擦鞋机的硬件电路设计2.1硬件电路概述基于单片机的自动擦鞋机是用红外线发射与接收电路进行启动的，通过单片机技术编写出必要的软件程序进行控制，形成单片机系统控制电路。

再由其控制电路对电机驱动电路进行控制，驱动两个电机的转动，同时显示电路显示擦鞋机的运行状态，灯亮则擦鞋机正常工作。

鞋子擦好后将鞋子拿出来则再由红外线发射与接收电路进行红外线感应，离开15秒后电机自动停止转动，显示电路显示灯灭则擦鞋机停止工作。

硬件电路的框图如图2-1所示。

图2-1 硬件电路的框图2.2各模块设计2.2.1电源电路低压线性稳压电路基本上由四部分组成：变压器降压、二极管或桥堆整流、电容或电感滤波、三端稳压块（或稳压电路）稳压，他们之间的组合则可构成一个最基本的，也是最可靠的线性电源电路。

电源电路原理图如图2-2所示。

LED图2-2 电源电路原理图1、变压器一般的变压器具有一个初级绕组、一个或多个次级绕组，线圈绕在铁心上。

给初级绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在次级绕组上则有电压输出。

在给变压器的初级绕组通以交流电时，绕组周围会产生磁场，尽管有铁心给绝大部分磁力线构成磁路，但仍有一些磁力线散布在变压器附近的一定空间范围内。

这些磁力线会对附近的电路形成一定的磁干扰，所以一般要给变压器加上屏蔽壳。

屏蔽壳不仅可防止变压器干扰其他电器，同时亦可防止其他杂散磁场干扰变压器的正常工作。

[15]2、整流电路整流电路是由四个型号为IN4007的整流二极管构成桥式整流电路而形成的。

它的作用是将经变压器降压后的交变电压通过二极管变为单向的脉动电压[15]。

3、滤波电路滤波电路的作用就是降低整流后输出电压中的脉动成分使其变为脉动直流电压。

该滤波电路是电容滤波电路。

利用电抗元件在电路中有储能的作用，滤去电源中的脉动成分，从而得到比较平滑的电源波形。

负载平均电压V L升高，纹波（交流成分）减小，且R L C越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为了得到平滑的负载电压，一般取τ d = RL C ≥（3~5）2T（2-1）式中T为电源交流电压的周期。

在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间满足上式的关系时，电容滤波电路的负载电压V L与V2的关系约为V L =（1.1~1.2）V2 （2-2）总之，电容滤波电路简单，负载直流电压V L较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

[15]4、稳压电路电源通过降压、整流、滤波后，要提供给电子器件或芯片工作的电源，保证其正常的工作和精确的取样，还需经过稳压，滤波。

为了保证稳压器正常工作，必须保证具有一定的输入、输出电压差。

如果输出确定，则输入必须保证大于一定值。

若输入太低，则可能导致稳压器稳压性能不好，而且输出电压的纹波也会过大。

在稳压器的运行过程中，由于它要消耗一定的功率，所以一般而言，发热比较严重，在负载较大时，需使用散热片帮助其有效散热。

[15]2.2.2红外发射与接收电路1、红外概述红外技术是现代物理和电子学的一部分，它包括电磁波红外波段内的辐射、传播和波形记录及其在科学、技术、国民经济和军事中的实际应用。

红外技术是现代无线电电子学和物理学中的重要方向之一，它对于促进国民经济各部门采用先进技术以及加强基础科学和应用科学的研究都有极其重要的作用。

今天，红外技术正被广泛地用于解决国民经济中的各种不同的问题。

[1]采用近红外线作为红外的光源，主要基于如下理由：（1）一般的接收用的红外光电二极管、光敏三极管大都采用硅（SI）半导体材料制作而成的，这类管的接收峰值波长为780～1550nm，即管子对波长为780～1550nm的红外光的探测灵敏度最高。

[3]（2）红外线的发射器件，尤其是采用GaAs、AlGaAs或GalnAsp等半导体材料制作的红外发光二极管，其发射波长在880nm～1700nm范围内，这与硅（SI）光电接收器件的响应波长相匹配，使探测灵敏度高，工作效率高。

[3]2、红外发射与接收电路的组成红外发射与接收电路主要组成部分有：红外发射电路和红外光电转换电路。

（1）红外发射电路发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。

常用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通φ5mm发光二极管相同，只是颜色不同。

一般有透明、黑色和深蓝色等三种。

判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。

单只红外发光二极管的发射功率约100mW。

红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。

[13]（2）红外光电转换电路接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，红外接收二极管一般有圆形和方形两种。

光敏二极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优点。

光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。

光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。

[3]3、红外发射与接收电路的工作原理（1）电路原理图电路原理图如图2-3所示。

图2-3 红外发射与接收电路的原理图（2）工作原理红外发光二极管VD1和RP1组成红外发光电路，可调电阻RP1用作降压限流，通过调节RP1的大小，使红外发光二极管VD1的工作电流限制在90mA之内，以免发光管电流过大而烧毁，并保证其正常工作。

VD2为红外光敏二极管，它和R2组成光电转换器，在红外光发射与接收间的红外线光路不被遮挡时，VD2将VD1发来的红外光信号转换成电信号，使VD2呈低阻抗（约几千欧），使A点的电压小于等于0.35伏，VT呈截止状态，B点呈高电平。

在红外光发射与接收间的红外线光路被遮挡时，VD2接收不到VD1发来的红外光，VD2呈高阻（暗阻大于或等于500 kΩ）使A点电位升高，VT饱和导通，B点电位小于等于0.4伏。

[14]2.2.3单片机系统控制电路1、单片机的概述现在的计算机都大规模集成电路计算机，具有功能强、结构紧凑、系统可靠等特性。

随着半导体技术的发展，能够在一个硅片上制作几百万个晶体管，于是出现了大规模集成电路的中央处理器——微处理器（up），以及大容量的半导体存贮器，通用或专用输入/输出（I/O）接口电路，包含多种类型I/O的综合外围电路，由这些大规模集成电路组成各种类型的微型计算机。

[4]（1）单片机性能特点单片机的性能特点有：高集成度，在平方毫米级别的芯片上可制造上万个晶体管电路；结构紧凑，可靠性高；功耗小，成本低[11]。