《電子技術應用》
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基于單片機的智能嬰兒車控制系統設計
電子技術
祝鳳金
摘要: 本文以單片機為控制核心,采用聲音采集識別技術、MP3解碼技術、液晶顯示屏、555定時PWM電路相結合的方式,通過PWM信號驅動電路,從而實現童車的左右搖擺,智能化的模擬人搖擺嬰兒車同時播放音樂,實現看護嬰兒的目的。
Abstract:
Key words :

總體方案設計
   
智能遙控音樂嬰兒車由嬰兒車智能控制模塊、檢測系統、遙控模塊、顯示模塊、執行系統、音樂模塊等幾部分構成。
    (1)嬰兒車智能控制系統采用嵌入式系統設計,能夠自動運行,處理數據,控制和協調各部分模塊工作。用戶可以在本系統開發的基礎上對嬰兒車的各部分進行觀察和控制。同時可通過按鍵板或紅外遙控器對系統進行控制。
    (2)檢測模塊又分為聲音檢測、尿濕檢測和溫度檢測。分別對嬰兒是否睡醒、嬰兒是否尿濕、奶水溫度分別給89C52對應的信號。其中各個檢測模塊均受系統控制。
    (3)遙控模塊采用NEC制式紅外遙控,可遙控MP3解碼的播放模式、音樂效果、選歌、音量、系統的時間調節各個模塊的控制和協調。
    (4)顯示部分采用LCD12864液晶屏顯示,可顯示時間、倒計時時間、奶瓶溫度、濕度狀態。
    (5)執行機構又分為機械執行和聲音執行,從而更完美地模擬出人的效果。
    其整體結構框圖如圖1所示。



2 硬件設計
2.1 硬件結構
   
本文選用Atmcl公司STC89C52芯片為控制器的控制核心,以完成紅外、液晶屏、探測系統、按鍵板、執行機構的數據存儲、通訊以及協調。
2. 2 智能遙控模塊的硬件設計
   
控制器電路設計主要分為以下幾個模塊:
    (1)STC89C52的外圍電路包括電源管理、鍵盤、液晶屏等。
    (2)遙控模塊及其電路的設計:本文選用普通的紅外發射接收管,采用NEC制式編碼譯碼。
    (3)探測系統及其電路設計:此系統主要對聲、溫、液三種物理量進行探測,聲音采用以駐極式話筒為信號源的三極管放大電路。溫度用18B20溫度探測芯片進行測量。液體測量是以兩探針為信號源的三極管放大電路。
    (4)執行機構:機械機構主要由大功率直流電刷電機驅動以L298N為核心的驅動電路驅動電機,以555為核心的PWM發生電路來驅動L298N從而實現調速。
2.3 單片機管腳設置
   
本文采用的單片機型號為STC89C52,其具有32個可操作的I/O口。在完成系統分配后還有I/O未被操作,故不需要擴展I/O口。I/O分配如圖2所示。


2.4 遙控模塊電路的設計
   
遙控模塊采用市場上常見的車載MP3遙控器??膳cMP3解碼模塊無縫連接。采用內部程序調用其按鍵對時間等進行無線操作。
    遙控解碼采用中央處理器,按照NEC制式。NEC標準:遙控載波的頻率為38kHz(占空比為1:3);當某個按鍵按下時,系統首先發射一個完整的全碼,然后經延時再發射一系列簡碼,直到按鍵松開即停止發射。簡碼重復延時108ms,每兩個引導脈沖上升沿之間的間隔都是108ms。一個完整的全碼如圖3所示。其中,引導碼高電平4.5ms,低電平4.5ms;系統碼8位,數據碼8位,共32位;數據0用“高電平0.5625ms+低電平0.5625ms”表示,數據1用“高電平0.5625ms+低電平1.6875ms”表示,一個簡碼=引導碼+系統碼位0的反碼+結束位(0.5625ms,)高電平。其時序及工作原理如圖3所示。


2.5 系統電源的設計
   
針對此電路功率大的特點,本文采用獨立電源設計,分別分為單片機工作電源、MP3解碼模塊電源、電機驅動電源。其電路如圖4所示。


2.6 電機控制設計
2.6.1 電機驅動電路設計
   
嬰兒車共有兩個電機,分別控制嬰兒的搖晃和奶瓶的開啟與關閉,采用以L289N為核心的驅動電路。其電路如圖5所示。


2.6.2 電機調速電路設計
   
考慮到電機為大功率的直流電機,電機外形已經固定。控制磁極對數實現調速不現實。串電阻由于其工作負載較大而電流變化大,綜上所述,本文采用PWM波的方式來實現電機的調速。PWM波的產生有軟件和硬件兩種實現方式。
    方案一:通過軟件,所需硬件在原有的89C52的基礎上額外地添加A/D電轉換環節,及A/D轉換。
    方案二:通過硬件,所需硬件為常見的555定時器。
    綜上對比,后者無論是在程序設計還是成本上都優于前者,其設計電路如圖6所示。


2.7 嬰兒車的音樂模塊
   
本文采用MP3解碼模塊進行音樂播放與控制??勺x取USB、SD、MMC卡中的MP3文件,支持FAT12、FAT16的文件系統。支持MP1layer3、MP2layer3、MP3layer3版本歌曲文件。其原理如圖7所示。


2.8 探測電路和紅外接收電路的設計
   
嬰兒車的探測系統在本產品中起著至關重要的地位,主要探測的物理量有奶瓶的溫度、嬰兒的哭聲和嬰兒身下的液體。奶瓶的溫度采用18B20進行測量。針對嬰兒哭聲的分貝數高而持續時間長的特點,采用靈敏度較低的聲音觸發電路觸發高低電平給中央處理器,同時這種設計也可以檢測外部分貝高且持續時間長的噪聲。紅外電路主要的是紅外接收管。其電路如圖8所示。



3 系統軟件設計
    系統的軟件主要分為六部分。分別是時間、檢測、紅外解碼、按鍵探測、外部輸出、LCD12864顯示。系統以紅外遙控為運行最高優先級,時刻監聽紅外信號。用戶可隨意修改時間,包括觸發后持續的時間。通過本系統的研發,在實踐應用中達到了預期目標。為嬰兒看護提供了極大方便。

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