基于STC89C52单片机的智能回收箱设计.docx

沈阳理工大学学士学位论文摘 要智能回收箱作为人类生活中必不可少的清洁工具，伴随着人类走过了每一个时代。随着生活水平的不断提高，人们逐渐对智能回收箱的人性化、智能化提出了更高的要求，因此智能回收箱应运而生。本设计主要实现基于STC89C52单片机的智能回收箱设计，其主要功能包括自动开关桶盖、温度实时检测、桶内废品装满提示及桶内自动清洗净化功能。设计通过声控及红外传感器实现对信号检测，当探测有效范围内有人进入或声音分贝达到声控开关阈值，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路，打开垃圾桶盖，延时4s（可以调节延时时间）后，自动关闭桶盖；垃圾桶内装有红外对管模块用来检测垃圾是否已满，以便给环卫人员提示；同时本设计具有自动清洗及排污功能，减少垃圾对周围环境的污染，同时清洗后，自动开启桶内排风系统，可快速净化垃圾桶；设计还配有LCD1602液晶显示屏，通过DS18B20温度传感器能实时显示室内的温度。本设计具有自动开关桶盖，自动进出水洗涤内桶，自动排污及净化，实时显示室内温度功能，从而减少卫生感染的隐患，且方便日常生活，并为人们的健康提供有力的保障，为卫生城市和智能城市建设提供一种参考。关键词：STC89C52单片机；步进电机；红外传感器；DS18B20;LCD1602 AbstractAs the essential cleaning tool in human life, the intelligent recycling box is accompanied by the human being and every time. With the continuous improvement of living standards, people gradually to the smart recycling box of human nature, intelligent put forward higher requirements, so - Intelligent recycling box came into being.This design mainly realizes the design of smart bins based on STC89C52 MCU, its main function includes automatic switch cover, temperature real-time detection, barrels of waste filled with tips and barrel automatic cleaning function. Through the design of sound and infrared sensors to achieve signal detection, when the detection range of people enter or voice to voice switch threshold, through analyzing and processing chip control center module after the start control circuit, open the bin, delay 4S (adjustable delay time), automatic closing lid; garbage barrel is equipped with infrared the control module used to detect garbage is not full, so as to prompt the sanitation workers; at the same time with automatic cleaning and blow down the design, reduce waste pollution to the surrounding environment, at the same time after cleaning, automatic opening barrel exhaust system, rapid purification of trash; design is also equipped with LCD1602 LCD screen, the DS18B20 temperature sensor the real-time display of indoor temperature.This design has automatic switch cover, automatic import and washing inner barrel, automatic blowdown and purification, real-time display function of indoor temperature, thereby reducing the risk of infection in health and convenient for daily life, and provides the powerful safeguard for the peoples health, the health city and intelligent city construction provides a reference.Keywords: STC89C52 MCU; stepping motor; infrared sensor; DS18B20; LCD1602 LCD目 录1 绪 论11.1课题的背景和意义11.2 回收箱的分类和现状21.3 智能回收箱的市场前景分析31.4 设计内容32 硬件元器件介绍52.1 STC89C52单片机介绍52.1.1 结构和特点52.1.2 简介62.1.3 主要特性82.1.4 引脚功能82.2 红外传感器介绍92.2.1 红外传感器的选择92.2.2 热释电红外传感器的介绍92.2.3 红外对管传感器的介绍122.2.4 红外传感器的原理132.3 声控开关模块介绍132.3.1 声控开关模块的原理及应用142.3.2 蜂鸣器的介绍152.3.3 三极管的介绍162.4 步进电机介绍172.4.1 步进电机的实物图片172.4.2 步进电机的介绍及选择172.4.3 五线四相步进电机的工作原理182.4.4 用单片机实现步进电机的转角控制192.5 DS18B20和LCD1602介绍202.5.1 温度传感器DS18B20的介绍202.5.2 液晶显示屏LCD1602的介绍222.5.3 用单片机实现室内温度可视化233 硬件系统设计243.1 系统硬件框图243.2 自动翻盖设计243.3 晶振电路设计253.4 复位电路设计253.5 稳压电路设计263.6 红外电路设计263.6.1 热释电红外电路设计263.6.2 红外对管电路设计273.7 声控开关设计283.8 温度检测电路设计283.9 清洗电路设计294 系统软件设计304.1 总体软件程序设计304.2 自动翻盖程序设计314.2.1 流程图314.2.2 自动翻盖程序324.3 清洗电路程序设计334.3.1 流程图344.3.2 清洗电路程序354.4 温度检测电路设计364.4.1 流程图374.4.2 温度检测电路程序375 常用软件介绍及系统调试385.1 仿真软件介绍385.1.1 Proteus软件介绍385.1.2 功能模块介绍385.1.3 软件使用395.2 编程软件介绍405.2.1 Keil软件介绍405.2.2 Keil使用方法405.3 程序设计语言介绍435.3.1 C语言的特点及优势435.3.2 C语言与汇编语言对比445.4 系统硬件调试455.4.1 蜂鸣器不响455.4.2 程序无法下载至单片机455.4.3 步进电机给入信号后不运转455.4.4 LCD1602无法正常显示出温度数45结 论46致 谢47参考文献48附录 A 英文文献49附录 B 汉语翻译54附录 C 源程序57附录 D 系统原理图69附录 E 实物图70771 绪 论1.1 课题的背景和意义随着社会科技化的不断进步，物质生活水平的不断提高，人们的生活质量也随之提高了，逐渐开始追求健康、和谐的生活环境，重视生活周边的环境卫生，因此环保产品与设备也应运而生。在公司、办公室或者是家庭中，垃圾的存放与分类经常是困扰我们的一个问题。比如夏天的家庭厨房没有及时清理的垃圾放在垃圾桶里就可能会散发出刺鼻的异味。而医院的垃圾会滋生病毒，传播疾病。虽然国家早就提出了保护环境不乱丢垃圾以及废物资源回收再利用的倡导，但仍然屡禁不止其主要原因是由于垃圾桶很不卫生，大多数人都不愿直接接触垃圾桶去扔垃圾，有的人甚至直接将垃圾丢在垃圾桶盖上或者垃圾桶周围，使得垃圾桶内“无垃圾”桶外“垃圾遍地”和资源再回收的现象变得十分困难。而大量堆积在外的垃圾还会发出刺鼻的异味。既污染了环境也增加了人与细菌接触的几率。但是目前市面上销售的带盖垃圾桶，开盖时均需采用手动或脚踩方式实现，这种开盖方式带来的不便如上述所述。为了彻底解决了传统垃圾桶对使用者存在卫生感染的隐患，能有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，本设计致力于设计出一种通过检测并自动打开垃圾桶盖的一种智能系统。在垃圾箱盖处有热释电红外模块和声控开关模块，当人的手或物体接近投物口(应感窗)约25厘米或声音分贝是否达到声控开关最低值时,垃圾桶盖便会自动开启,等垃圾投入完毕，在设定时间内垃圾桶盖又会自动关闭，人、物不需接触垃圾桶，使垃圾与外界完美的隔离，不让垃圾异味散发出来污染空气。并且，垃圾桶内内壁上端装有红外对管模块，此模块用来检测垃圾桶内的垃圾是否装满了，若满，单片机输出高电平至蜂鸣器，响声就提醒我们需要倒垃圾了。垃圾倒后，若想洗干净内桶，点击自动进水按钮，水进入内桶，清洗完毕后，点击排污按钮，污水自动排出，若需要快速吹干垃圾桶，点击内部风扇按钮即可。垃圾桶还配有LCD1602液晶显示屏，通过DS18B20温度传感器能实时显示室内的温度。真正实现了家居电器的智能化，实用化，改善了家居环境，有效杜绝各种传染性疾病通过垃圾进行传播，从根源上阻挡了细菌对人体带来的危害，给人们一个健康、和谐的生活环境。1.2 回收箱的分类和现状传统垃圾桶随着时间的发展，放在不同的地方而又有所不同，用不同的材料做成有所不同，功能也逐渐增多。垃圾桶按材质可分为：卡通垃圾桶、铁皮、玻璃垃圾桶等；按形状可分为：户外塑料垃圾桶、户外分类金属垃圾桶、户外圆形、方形垃圾桶、户外吊挂垃圾桶、户外圆形、塑料垃圾桶、环保垃圾桶、金属垃圾桶、钢目垃圾桶、不锈钢垃圾桶、方形玻璃垃圾桶等；按功能可分为：金属喷塑分类垃圾桶、阻燃垃圾桶、酒店垃圾桶、摇盖果皮箱、脚踏垃圾桶、木质分类垃圾桶、医疗垃圾桶、客房垃圾桶、广告果皮箱、感应垃圾桶、上投口垃圾桶、侧投口垃圾桶等。除传统垃圾桶外，目前市场中出现了不同种类的智能垃圾桶。现在市场上已经出现了一些技术成熟的智能垃圾桶，使用红外线等传感器件，当人们想仍垃圾时，手挡住传感器发出的电磁波或不可见光等，通过集成芯片检测到并控制垃圾桶的盖打开或关闭，从而实现智能化。除感应垃圾桶外，还出现了一种语音提示垃圾桶，它由桶身、桶底语音装置构成；桶身为中空圆柱体状；桶底将桶身下端密封固定；语音装置固定与桶底内，设有露出桶底下表面的开关及喇叭，语音装置通过分布于桶底上表面的压力传感器采集信号。 “垃圾桶”作为人类生活中不可或缺的必需品，它伴随着人类走过了每一个时代，尤其是在当今的居家用品、酒店用品市场更是必不可少。随着人们环保意识和审美水平的普遍提高，垃圾桶的种类和数量也在不断翻新和增加，人们更加注重它的美观和实用性，而产品也向着“小巧”和“智能化”方向发展。目前日本出现一款垃圾桶是可以移动的，当人们想扔垃圾时，不需要再靠近垃圾桶，只需朝着垃圾桶的方向扔去，垃圾桶会自动感应并且接住垃圾，像现在的移动吸尘器一样就发达国家的垃圾回收状况来看，已经达到很高的水平，以下是一些例子：欧盟：随意乱倒垃圾是犯罪；美国：垃圾公司深入乡村；日本：各种垃圾分类回收；相比之下，国内的状况就显得不容乐观，居民对于垃圾回收的平均意识还是处于一个较低的水平。1.3 智能回收箱的市场前景分析无论你身在何处，身在何地，随处可见的肯定有一样物品，那就是垃圾桶。地铁上，公交车上，居民小区和旅游景点等等地方随处可见，居民的生活离不开垃圾桶。随着时代的发展，目前的垃圾桶并没有发挥自身的作用，存在着很多的问题；同时智能垃圾桶的意义就更大了，如果室外的垃圾桶有盖子的话，环境就会有所改善，气味也不会难闻，其次当垃圾桶满时，由于桶盖长时间不合拢，利用红外传感器探测到这一状况发送信号给单片机，单片机控制带编码的无线发射模块发射出无线信号给主机，主机利用无线接收模块接收信号。作为终端的环卫工人就会接收到短信，知道哪个垃圾桶的垃圾已满，这样智能的功能，可以提高工作的效率，减少劳动力。现代居家，华丽灯饰，流光溢彩；墙壁、地面，富丽堂皇；橱柜、洁具，极尽豪华的时尚家具、电气、应有尽有。数字化、网络化、智能化的产品备受青睐，人们追求高品质的生活概念不断提升。数千万的装修居家环境中，简陋的传统垃圾桶，本身无盖，即使有盖也需要人工打开或脚踏，使用者极其不方便，更重要的是存在有陆生感染这一隐患。传统垃圾桶已成为了时尚居家里的“落伍”角落。新一代的智能垃圾桶:智能感应垃圾桶，迎合现代家居时尚需求应运而生，创新专利设计，家家都需要，户户必须用，市场前景可观！垃圾桶作为人类生活中不可或缺的必需品，它伴随着人类走过了每一个时代。尤其是在当今的居家用品、酒店用品市场更是鼻部课稍。随着人们环保意识和审美水平的普遍提高，垃圾桶的种类和数量也在不断翻新和增加，人们更加注重他的美观和实用性，而产品也向着“小巧”和“智能化”的方向发展。特别值得关注的是，酒店行业热门产品搜索排行榜前五位依次是垃圾桶，酒店制服，制冰机，电磁炉，窗帘。我们看到的“垃圾桶”以绝对的数量优势，成为首位热门产品。智能垃圾桶，在追求清洁品质的公共场所，前景更为客观。1.4 设计内容本设计主要利用单片机设计并制作一套智能垃圾桶。该系统的工作流程主要如下：产品通过信号检测电路检测到探测范围内是否有人进入或声音分贝是否达到声控开关最低值时，经过芯片控制中心模块的分析处理后启动控制电路，打开垃圾桶盖，延时4s秒（可以调节延时时间）后，自动关闭桶盖。垃圾桶内内壁上端装有红外对管模块，此模块用来检测垃圾桶内的垃圾是否装满了，若满，单片机输出高电平至蜂鸣器，响声就提醒我们需要倒垃圾了。垃圾倒后，若想洗干净内桶，点击自动进水按钮，水进入内桶，清洗完毕后，点击排污按钮，污水自动排出，若需要快速吹干垃圾桶，点击内部风扇按钮即可。垃圾桶还配有LCD1602液晶显示屏，通过DS18B20温度传感器能实时显示室内的温度。2 硬件元器件介绍2.1 STC89C52单片机介绍单片机被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域，单片机由自身CPU的特殊处理器演变过来，最初的构想是将很多的外部设备和CPU集合在一个芯片上，使系统更小，可以提供给高度复杂和严格的系统，INTEL的Z80是比较早体现出这一点的处理器，从那时起，专用处理器和单片机的发展便走上了不同的轨迹，单片机又叫做单片微控制器,它不仅仅可以完成某一个逻辑功能，更可以把系统集成用在一片芯片上，概括的讲：一片单片机就像一个小电脑。它的各个条件例如价格体积等等为学习及应用提供了便利条件，同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择1。单片机是指能集成在一块芯片上的完整计算机系统单独的芯片。尽管他的大部分功能都能在一个小小的芯片上体现出来，但是它基本上有一个完整的计算机所需的部件：内部和外部总线系统，CPU，内存，还有外部内存。同时，还拥有集成的通信接口，定时器，实时时钟和其他外围设备。而现在单片机系统甚至可以将一些功能体现在一个单芯片上，例如声音，图像，和复杂的输入输出系统。单片机比一些特殊处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上运用最广的计算机。几乎每一件电子和机械产品将我们的生活与单片机相联系。电话，音响，计算机，玩具，电器，掌游宝和鼠标等电脑配件配备1-2部单片机。电脑也将有大量的单片机工作。通常车上配备多个单片机，复杂的工业控制系统可能同时具有单片机工作！单片机的数量不仅是远超过PC机和其他计算的综合数量，甚至比人类还多。2.1.1 结构和特点STC89C52是采用低功耗，高性能CMOS8位单片机，它具有系统可编程Flash memory。STC89C52 8K字节使用经典的MCS-51内核，但做了很多改进，使芯片不仅拥有传统的51单片机的特点，更可以在一个单芯片实现智能CPU和系统可编程Flash，所以STC89C52提供高度灵活，为许多嵌入式控制应用提供超有效的解决方案。它具有以下标准功能：8K字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB的EEPROM，MAX810复位电路，三个16位定时器/计数器，四个外部中断7的中断向量结构（4与传统的51 5 2个中断向量结构兼容），全双工串行端口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选的节电模式。空闲模式下，CPU停止，允许RAM，定时/计数器，串行口，中断work.power-down保护，RAM内容到BE保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位。最大工作频率的35MHz，6T12T可选2。1. 增强型8051单片机，6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令代码完全兼容传统8051.2. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051 的080MHz，实际工作 频率可达48MHz4. 用户应用程序空间为8K字节5. 片上集成512 字节RAM6. 通用I/O 口（32 个），复位后为：P0/P1/P2/P3 是准双向口/弱上拉， P0 口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无 需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片8. 具有EEPROM 功能9. 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T210.外部中断4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down 模式可 由外部中断低电平触发中断方式唤醒11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART12. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）13. PDIP封装2.1.2 简介STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。图2.1 STC89C52引脚图2.2 STC89C52实物2.1.3 主要特性 STC89C52具有以下标准功能：三个16位定时器/计数器，256字节RAM，看门狗定时器，片内振荡器和时钟电路，两个数据指针，8K字节Flash，中断向量结构，全双工串行口，32位I/O口线。此外，STC89C52可降低静态逻辑操作，支持两种软件可选的节电模式。空闲模式下CPU不工作，允许RAM，定时/计数器，串行口，中断work.紧急停电保护，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复苏为止。8K字节在系统可编程控制器FLASH。表2.1 STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统 8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口 256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器 中断时钟频率0-24MHz2个串行中断 可编程UART串行通道2个外部中断源 共6个中断源2个读写中断口线 3级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能2.1.4 引脚功能 主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.73P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.73 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 3P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.732.2 红外传感器介绍2.2.1 红外传感器的选择红外传感器的核心是红外线技术。红外线技术在测速系统中已经得到了广泛应用，许多产品已运用红外线技术能够实现车辆测速、探测等研究。红外线应用速度测量领域时，最难克服的是受强太阳光等多种含有红外线的光源干扰。外界光源的干扰成为红外线应用于野外的瓶颈。针对此问题，这里提出一种红外线测速传感器设计方案，该设计方案能够为多点测量即时速度和阶段加速度提供技术支持，可应用于公路测速和生产线下料的速度称量等工业生产中需要测量速度的环节4。红外线对射管的驱动分为电平型和脉冲型两种驱动方式。由红外线对射管阵列组成分离型光电传感器。该传感器的创新点在于能够抵抗外界的强光干扰。太阳光中含有对红外线接收管产生干扰的红外线，该光线能够将红外线接收二极管导通，使系统产生误判，甚至导致整个系统瘫痪。本传感器的优点在于能够设置多点采集，对射管阵列的间距和阵列数量可根据需求选取。红外传感器根据探测机理可分成为：光子探测器（基于光电效应）和热探测器（基于热效应）。2.2.2 热释电红外传感器的介绍本设计采用HC-SR501热释电红外传感器模块，次传感器是基于红外线技术的自动控制模块，采用从外国进口过来的设计LHI778探头，实用性强，感应性灵敏，工作模式为低电压，应用于很多自动感应电器设备中，尤其是用电池来提供电源的自动控制产品。HC-SR501的功能特点如下：1具有自动感应功能，当人站在探头前时输出高电平，并具有锁存延时功能，当人走开时输出低电平。 2、具有光敏控制功能，可以设置为白天或者光线不强时感应灵密度低。3、具有温度补偿功能，例如夏天温度高一点是，可以设置探测的距离稍微近一些，作为一点补偿。4、两种触发方式：（可跳线选择）a、不可重复触发方式:即感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变成低电平；b、可重复触发方式：即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。5、具有特殊功能：感应锁存时间，一般初始化为2.5S，可以根据自己的需要，旋转电位器调节。6、工作电压范围是DC4.5V20V，较宽。7、特别省电，静态电流小于50微安，可以适用于电池的产品。8、有信号时，输出的电平是高电平，方便连接5。表2.2 电气参数HC-SR501电气参数产品型号工作电压范围静态电流电平输出触发方式延时时间封锁时间电路板外形尺寸HC-SR501人体感应模块直流电压4.5-20V50uA 高3.3V/低0VL不可重复触发/H重复触发0.5-200S(可调)可制作范围零点几秒-几十分钟2.5S(默认)可制作范围零点几秒-几十秒32mm*24mm 图2.3 HC-SR501正面图2.4 HC-SR501反面2.2.3 红外对管传感器的介绍模块描述如下：本设计的传感器适应环境的亮度能力非常强，包含有发射和接收两个管，发射管散发出特定的红外线，当前方遇到障碍物后，接收管接收到反射的信号，这时，电压比较器作出比较，绿色指示灯会亮起，同时输出接口输出相应的信号，可旋转电位器来改变检测距离，有效的范围为280cm，工作电压是3.3V-5V。本设计的传感器的探测距离可以通过电位器调节、具有干扰小、便于装配、使用方便等特点，可以广泛应用于机器人避障、避障小车、流水线计数及黑白线循迹等众多场合5。模块参数说明如下：1.当模块检测到前方障碍物信号时，电路板上绿色指示灯点亮电平，同时OUT端口持续输出低电平信号,该模块检测距离280cm，检测角度35，检测距离可以通过电位器进行调节，顺时针调电位器，检测距离增加；逆时针调电位器，检测距离减少。2传感器主动红外线反射探测,因此目标的反射率和形状是探测距离的关键。其中黑色探测距离最小,白色最大;小面积物体距离小,大面积距离大。3传感器模块输出端OUT可直接与单片机IO口连接即可，也可以直接驱动一个 5V 继电器；连接方式：VCC-VCC;GND-GND;OUT-IO4比较器采用LM393，工作稳定；5可采用3-5V直流电源对模块进行供电。当电源接通时，红色电源指示灯点亮；6具有3mm的螺丝孔，便于固定、安装；7电路板尺寸：3.1CM*1.5CM8每个模块在发货已经将阈值比较电压通过电位器调节好，非特殊情况，请勿随意调节电位器。模块接口说明如下：1VCC外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2GND外接GND3OUT小板数字量输出接口（0和1）图2.5 红外对管传感器2.2.4 红外传感器的原理红外传感器是用红外线来进行测量的传感器。红外线又叫做红外光，它的性质有散射、反射、折射、吸收、干涉等。无论什么物质，只要它的自身有一定的温度（无论多少），都能产生红外线。红外线传感器在进行测量的时候，不能和物体直接的接触，因而不会发生摩擦，因此灵敏度非常高，响应速度很快。 本设计的传感器拥有转换电路、监测元件和光学系统。光学系统按照内部电路不同可以分为透射式和反射式两种。检测元件按照结构不同分为热敏检测元件和光电检测元件两类。热敏电阻在热敏类原件中最受欢迎。热敏电阻随温度的升高，阻值也发生着变化，最后变成电信号输出出来。红外线传感器用在隔空没有接触的地方测量，分析气体的内部成分，在空间技术、医学、军事和环境工程等方面应用的特别的多。例如用红外传感器在远距离能测量出物体的表面的温度，能发现表面哪里温度高，对疾病能及时的治疗；发射的卫星利用红外传感器原理可以检测出大气温度、浓度、天气状况，实施的预报天气；飞速的列车、飞机、跑车可以用红外线传感器监测出温度等6。2.3 声控开关模块介绍模块描述如下：1可以检测周围环境的声音强度,使用注意：此传感器只能识别声音的有无（根据震动原理）不能识别声音的大小或者特定频率的声音。2灵敏度可调（图中蓝色数字电位器调节）。3工作电压3.3V-5V。5输出形式数字开关量输出（0和1高低电平）。6设有固定螺栓孔，方便安装。7小板PCB尺寸：3.4cm * 1.6cm。2.3.1 声控开关模块的原理及应用使用说明如下：1声音模块对环境声音强度最敏感，一般用来检测周围环境的声音强度。2模块在环境声音强度达不到设定阈值时，DO口输出高电平，当外界环境声音强度超过设定阈值时，模块D0输出低电平；3小板数字量输出D0可以与单片机直接相连，通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的声音；4小板数字量输出DO可以直接驱动继电器模块，由此可以组成一个声控开关；模块接口说明如下:1VCC外接3.3V-5V电压（可以直接与5v单片机和3.3v单片机相连）2GND外接GND3DO小板数字量输出接口（0和1）模块测试说明如下：模块VCC接开发板VCC，模块GND接开发板GND，接好VCC和GND，模块电源指示灯会亮。将模块放置有安静环境下，调节板上蓝色电位器，直到板上开关指示灯亮，然后往回微调，直到开关指示灯灭，然后在传感器附近产生一个声音（如击掌），开关指示灯再会到点亮状态。这个现象就是说明，声音可以触发模块，从而使开关指示灯点亮。图2.6 声控模块2.3.2 蜂鸣器的介绍蜂鸣器是高度集成化的电子元器件，直流电压就可以供电，非常多的应用于于打印机、电话、智能家居、复读机、汽车电子部件、计时器、监控报警器等电子产品中作为提醒或报警器件。蜂鸣器可以分为电磁式和压电式两类。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。1.压电式蜂鸣器组成结构是阻抗匹配器及共鸣箱、压电蜂鸣片、多谐振荡器、外壳。有的压电式蜂鸣器外壳上可能装有发光的LED灯。多谐振荡器的组成部分是集成电路或晶体管。当给蜂鸣器提供电源后（合理压值）,多谐振荡器开始震动,输出大小为1.5kHZ至2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器促使蜂鸣器发声。压电蜂鸣片制作的材料为铌镁酸铅压电陶瓷。将银电极电镀到陶瓷片的两面上，通过老化和极化处理后，再将黄铜片或不锈钢片与其粘在一起。电磁式蜂鸣器的组成部分是磁铁、振荡器、振动膜片、电磁线圈及外壳。通上电之后，振荡器产生了音频信号电流流过电磁线圈，促成电磁线圈生成磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互围绕7。有源蜂鸣器和无源蜂鸣器最最根源的区别是输入信号的方式不一样；有源蜂鸣器工作的最优条件是直流信号，通常写为VCC或VDD等。因为一个简单的振荡电路内的蜂鸣器，可以是一个恒定的直流转换成一定频率的脉冲信号，在交变磁场，表面驱动钼片振动发音。但在一些有源蜂鸣器也可以在具体的交流信号下工作，只是对交流信号的电压和频率需要非常高的，一般不采用这种工作方式。无源蜂鸣器缺少了内部的驱动电路，一些国内外公司或工厂称为讯响器，国际中统一称为声响器。无源蜂鸣器工作最好的信号是方波。如果单单给预先的直流信号，蜂鸣器是不会起作用的，因为磁路恒定，钼片不能发出振动的声音。图2.7 有源蜂鸣器2.3.3 三极管的介绍三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号， 也用作无触点开关。晶体三极管，属于半导体基本元器件范畴，特性是电流放大，为电子电路最主要的元件。三极管是半导体衬底且非常近的距离两个PN结，整片分为三部分，中间部分是基区，在两侧分别为发射极和集电极区域，排列方式有两种，一个是NPN一个是PNP。理论原理如下：晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管,而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）,两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的,对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector),当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb7。图2.8 三极管2.4 步进电机介绍2.4.1 步进电机的实物图片图2.9 四相五线步进电机2.4.2 步进电机的介绍及选择步进电机的基本定义是把电脉冲信号转换成为角位移或者线位移。没有超载的状况下，电机的转的快慢、启停的位置只由脉冲信号频率和脉冲数来决定，而受到负载变化的影响较小，当一个脉冲信号发送至步进驱动器，它就带动步进电机按照规定的方向并且转动适当的角度，称之为“步距角”，它旋转的角度和方向及大小都是按照设定的一步一步的。可以控制脉冲的数量来控制角位移的大小，达到自己所设定的目的；同时也可以控制脉冲的频率大小来控制电机转速的大小和加速度的大小，最终达到预设的目的8。步进电机属于感应电机的范畴，其工作的过程是通过电子电路，将直流变化成为分时序供电，控制电流为多相时序，用这种方式来给步进电机提供电源，步进电机方可正常运行，驱动器本质上是多相时序控制器，作用是为步进电机分时提供电源。步进电机根据构造不同，主要分为三种类型：反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。2.4.3 五线四相步进电机的工作原理步进电机驱动器的工作原理：步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。有时从一些旧设备上拆下的步进电机(这种电机一般没有损坏)要改作它用，一般需自己设计驱动器。步进电机的工作原理：该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图2.10是该四相步进电机工作原理示意图。图2.10 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.11.a、b、c所示：图2.11 步进电机工作时序波形图2.4.4 用单片机实现步进电机的转角控制单片机控制步进电机，首先要确定选取的步进电机的极性：单极性或者是双极性；其次，要确定步进电机的运行方式：单拍、双拍、单双八拍（半步）。运行方式举例如下表所示。表2.3 单极性步进电机的节拍单极性步进电机的节拍（四相五线为例）单四拍 A-B-C-D双四拍 AB-BC-CD-DA单双八拍 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA（半步工作方式）表2.4 双极性步进电机的节拍双极性步进电机的节拍（两相四线为例）单四拍 A/ -B A -B/双四拍 A/B- AB- AB/ - A/B/单双八拍 A/ A/B B AB A AB/ B/ A/B/（半步工作方式）采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器，达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能，可以增加一些外围电路，键盘提供外部中断信号，可以改变步进电机加减速、停止、正转、反转等功能，本次调用中断服务程序可以用中断和查询相结合的可行性方法，以此来对步进电机最好的控制，显示器能实时显示出正转、反转速度的大小。单片机系统用来实现环形分配器的功能，它是采用软件编程的方法来分配脉冲。单片机控制步进电机的优点有以下几点：(1)用软件代替环形分配器，基于单芯片组，通过对异构的步进电机的控制和驱动电路实现的同类，很大程度上提升了接口电路的通用性和多变性；(2)单片机自身的软件编程可以使相对繁琐的控制过程实现精确的控制和完全自动化，减少了失步、超步等对控制精细度的影响；(3)单片机独特的功能：实时显示电路、按键电路、复位电路等外围电路，通过这些进行组合，更全面的使系统多样性。2.5 DS18B20和LCD1602介绍2.5.1 温度传感器DS18B20的介绍DS18B20是常用的温度传感器，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20测量温度的方法和读写的方法与DS1820相同，因为分辨率不同对应取得的温度值有所不同，温度转换所用的延迟时间减少了，为2s减至750ms, DS18B20测量温度的原理：温度对于低温度系数晶振的振荡频率影响相对较小，计数器1接收其产生的脉冲信号,温度明显的改变高温度系数晶振的振荡率，计数器2接收其产生的信号作为脉冲输入,DS18B20温度传感器接线简易，成品适合应用于多个地方，如磁铁吸附式，管道式，螺纹式，不锈钢封装式等等，型号繁多，如LTM8874，LTM8877等,根据不同的应用地点改变它的外观,成品后的DS18B20可用于农业大棚测温，高炉水循环测温，机房测温，锅炉测温，弹药库测温等相对正常的温度场合。耐磨性高，体积很小，使用简易，封装形式繁多，适用于很多面积小、安装难度高的设备数字测温和控制领域等9。DS18B20的主要特性如下：1.1适应电压范围更宽，电压范围：3.05.5V，在寄生电源方式下可由数 据线供电1.2单线接口方式很方便，DS18B20与单片机连接时只需要一根线即可，并且是双向通讯，简易方便1.3 DS18B20拥有多点组网功能，唯一的三线上可以并联多个DS18B20，实现给多个点测量温度1.4 DS18B20在使用过程中不需要再添加外部电路，需要的元器件全部集成在自身的小芯片上1.5测量温范围55到+125，在-10到+85的精度为0.51.6可编程的分辨率为912位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.06251.7当9位分辨率时，把温度转换为数字最快93.75ms，当12位分辨率时，把温度值转换为数字最快750ms，效率更高1.8测量的结果可以直接输出成数字温度信号，以一线总线串行传输至CPU，同时可传送CRC校验码，具有极强的抗干扰纠错能力1.9保护措施，当VCC和GND接反时，不会烧毁芯片，但不能正常运行图2.12 DS18B20内部结构图图2.13 DS18B20实物图2.5.2 液晶显示屏LCD1602的介绍1602液晶也称之为1602字符型液晶显示屏，它是一种可以用来读取并显示符号、数字、字母等点阵型液晶模块,它由很多个5X7或5X11等点阵字符位组合而成，每一个点阵字符位都可以显示出一个字符，它们之间的间隔有一个点距，相互之间都有间隔，起到了类似于行间距与字符间距的作用，正因为这样，它不能很全面的显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）,1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）10。1602一共有16脚接口，其中：第1脚：GND为电源地第2脚：VCC接5V电源正极第3脚：V0称之为液晶显示器对比度调整端，用一个10K电位器来调节作用。第4脚：RS称之为寄存器选择，当电平为1时选择数据寄存器，当电平为0时选择指令寄存器。第5脚：RW称之为读写信号线，当电平为1时进行读操作，当电平为0时进行写操作。第6脚：E(或EN)端称之为使能端,当电平为1时读取信息，负跳变时执行指令。第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：15脚称之为背光正极，16脚称之为背光负极。特性：3.3V或5V工作电压，对比度可调内含复位电路，提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，有80字节显示数据存储器DDRAM，内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM，8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM。图2.14