1、 2014 届本科生毕业设计 分类号：TU824.1题 目: 基于单片机的自动抽纸系统设计2014 年 5 月 15 日摘 要本系统采用 STC89C52单片机设计出一套蹲便器自动抽纸系统。本系统由单片机，红外传感器，激光传感器，步进电机和一些控制模块组成。利用单片机、步进电机等实现人方便后自动抽出一定长度的纸的功能。单片机负责把采集到的数据处理后与控制模块通信。通过红外线来探测是否有人进入系统范围，根据红外线辐射的能量进行检测，检测到有人后经红外传感器把信号发送给中心系统，同时指示灯亮，进行提示。当有人方便时，按下按键，系统便会自动出纸。通过实践，我们小组成功的做出了自动抽纸系统并且拍摄了实
2、物图，本系统用料简单，无论从方法和用料都是具有可行性的。关键词：通信；红外；步进电机；STC89C52ABSTRACTThe system uses a set of single-chip design STC89C52 Pissing automatic pumping paper system. The system consists of microcontroller, infrared sensors, laser sensors, stepper motors and some control module. Use of microcontroller, stepper mot
3、or for automatic extraction of people after a certain length of paper to facilitate the function. MCU responsible for processing the collected data communication with the control module. Via infrared to detect if someone enters the system-wide, according to the energy detect infrared radiation detec
4、ted by the infrared sensor after someone sends signals to a central system, and indicator lights, prompting. When someone convenient, press the button, the system will automatically eject. Through practice, the success of our team to make an automatic pumping system and shoot a real paper map, the s
5、ystem is simple to use material from both the methods and the materials used are feasible.Keywords: Communicate; Infrared; Stepper motor; STC89C52 目 录绪论 .11 设计思路与方案 .11.1 设计思路 .11.2 设计方案 .12 步进电机的工作原理及特性 .22.1 步进电机的简介 .22.2 步进电机的特点 .22.3 步进电机的工作原理 .33 硬件电路设计 .53.1 单片机最小系统电路 .53.2 控制模块 .103.3 驱动模块 .1
6、03.4 激光检测电路输出 .133.5 串口通信模块 .134 软件设计 .144.1 程序流程图 .144.2 系统主程序 .154.3 定时中断设计 .164.4 外部中断设计 .174.5 Proteus 仿真软件 .174.6 本次系统的仿真图 .185 PCB 板设计及硬件调试 .195.1 PCB 制作过程 .195.2 硬件调试 PCB .205.3 系统设计实物图 .20结束语 .22参考文献 .23附 录 .24致 谢 .29基于单片机的自动抽纸系统设计1绪论在一些人流量较大的地方，例如游乐场、商场或者大型的公共场所。传统的公共厕所节水效果不理想，很容易被人为的损毁，并且可
7、能滋生很多细菌。对于环境污染而言，手动抽纸无疑是有害无益的，并且对于人类的身体健康都有显著地影响。为了节约水源和保证纸张的不浪费，为了解决这个问题，便设计了一个采用STC89C52单片机的蹲便器自动抽纸系统。利用单片机、红外和激光传感器驱动步进电机，来实现人方便以后自动抽纸的功能。在当今这个当节约成为一种潮流的时代，仍旧存在这一群人，对公共财物一点不节约，从而造成手动抽纸大量浪费，若是改造成自动抽纸，便可以达到节约纸张的目的。随着人们的生活品质逐渐提高，自动抽纸系统可以满足对于人们生活空间的自动化需求，达到卫生和节约的完美结合. 随着新科技的发展，单片机已经在这个新科技产业中占有一席之地。例如
8、在自动化领域，当二者相结合的时候，既可以完成智能自动控制，又可以让自动抽纸的功能得以实现，为广大市民提供了更加贴心和人性化的服务。1 设计思路与方案1.1 设计思路在客流量较多的场所，手动抽纸装置效果不佳，使用寿命短，已是个不争的事实。不仅不卫生而且细菌滋生势必对人类健康有影响。因此要设计出一个合理而且方便实施的自动抽纸系统。在科技发展史的长河中，单片机的应用与普及是人们始料未及的。本系统所采用的 STC89C52 芯片是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器 。在单芯片上， 8 位的 CPU 有一个灵活的系统内可编程闪存，使得 STC89C5
9、2 为许多嵌入式控制应用提供高度灵活，超有效的解决方案。与传统的 AT89C51 单片机，它可以直接用于与串行下载功能，速度更快，使用更方便比较。1.2 设计方案系统用 STC89C52 微控制器单元与外部电源相连接，复位晶体，MAX232 电平转换电路的信号检测系统，信号处理系统及信号输出系统，以形成最小的单芯片系统电路。信号检测系统主要由红外传感器和激光传感器。主要的红外传感器，以检测是否有人使用厕所，激光传感器是用来检测是否有纸张用完。基于单片机的自动抽纸系统设计2红外传感器检测系统激光传感器主控制器供电系统驱动系统抽纸系统图 1 系统框图2 步进电机的工作原理及特性2.1 步进电机的简
10、介步进电机是一种将电脉冲到的角位移或致动器的线性位移。它简单地说，当驱动器接收到一个脉冲信号，将驱动步进电机，以设置一个固定的角度（即步进角）的旋转方向。我们可以控制脉冲的数量来控制的角位移，从而达到准确定位;同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，以达到调速的目的。在非过载，电机转速的情况下，停止的位置只取决于脉冲频率和脉冲信号，这不会影响，即一个脉冲信号被施加到电机的负荷改变的次数，电机被接通一个步骤角。存在的这种线性关系，具有不累积误差只有周期性误差的步进电机等。使得在速度控制，位置等来控制步进电机的领域变得非常简单，精度高。原则上，步进电机是一种低速同步电动机。本次
11、毕业设计采用了两相或三相步进电机皆可。2.2 步进电机的特点1) 步进电机的精度一般是 3-5的踩踏角度和角位移正比，与输入脉冲不累积误差，有良好的追随性。2) 步进电机的表面不允许温度过高。首先，使步进电机温度退磁磁电机，导致扭矩下降，甚至进一步的损失;一般来说，磁退磁点高于 130摄氏度，有的甚至高达 200摄氏度，所以步进电机表面温度在 80-90度才是正常工作温度。3) 步进电机的转矩和速度的增加成反比。当步进电机转动时，各相的电动机绕组基于单片机的自动抽纸系统设计3的电感将形成一个反向电动势;频率越高，反电动势越大。在它的作用下，随着频率的电动机（或速度）的增加相电流减小，从而导致力
12、矩下降。步进电机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。4) 数控系统由一个开环步进电动机和驱动器电路组成，都非常简单，价格低廉，并且很可靠。同时，它也可以是该组合物和角反馈回路数控系统性能的一部分。5) 步进电机的动态响应快，易于启停，正反转及变速。6) 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。7) 步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。2.3 步进电机的工作原理2.3.1 步进电机结构(三相)图 2 步进电机内部结构图如图 2所示，步进电机分为转子和定子两部分：定子：由硅钢片叠成的，定子上有 6大磁极，每 2个相对的磁极（N
13、，S）组成一对，共有 3对。定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3，（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以 表示），即 A与齿 1相对齐，B 与齿 2向右错开 1/3，C 与齿 3向右错开 2/3，A与齿 5相对齐，（A就是 A，齿 5就是齿 1）。 转子：由软磁材料制成，其外表面也均匀地分布着小齿，与定子上的小齿并且小齿的大小相同，间距相同。基于单片机的自动抽纸系统设计42.3.2 对齿和错齿图 3 步进电机转子展开图反应式步进电机的动力来源于电磁力，只有电机存在错齿现象才能转动。在电磁力的作用下，转子被推动到最大磁导率的位置，定子小齿与转子小齿对齐的位置，
14、并处于平衡状态，如图 3中的 A相位置，这种现象被称为对齿。而对于三相步进电机来说，当某一相得磁极处于最大磁导位置时，另外两相必须处于非最大磁导位置，即定子和转子不对齐位置，这种现象被称为错齿。2.3.3 工作原理图 4 步进电机三相接线图开始时，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
15、0、3 号基于单片机的自动抽纸系统设计5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。3 硬件电路设计3.1 单片机最小系统电路3.1.1 STC89C52 简介图 5 STC89C52 引脚图 5 是 STC89C52 的引脚图，引脚功能说明：VCC（40 引脚）：电源电压VSS （20 引脚）：接地P0 端口（P0.0P0.7，3932 引脚）：P0 口是一个漏极开路的 8 位双向 I/O 口。作为输出端口，每个引脚能驱动 8 个 TTL 负载，对端口 P0 写入“1”时，可
16、以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0 口也可以提供低 8 位地址和 8 位数据的复用总线。验证时，要求外接上拉电阻。P1 端口（P1.0P1.7，18 引脚）：P1 口是一个带内部上拉电阻的 8 位双向I/O 口。 P1 的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1 口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。在对Flash ROM 编程和程序校验时，P1 接收低 8 位地址。P2 端口（P2.0P2.7，2128 引脚）：P2 口是一个带内部上拉电
17、阻的 8 位双向I/O 端口。 P2 的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2 作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在对 Flash ROM 编程和程序校验期间，P2 也接收高位地址和一些控制信号。基于单片机的自动抽纸系统设计6P3 端口（P3.0P3.7，1017 引脚）：P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向I/O 端口。 P3 的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式） 4 个 TTL 输入。对端口写入 1 时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高
18、电位，这时可用作输入口。P3 做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流。在对 Flash ROM 编程或程序校验时，P3 还接收一些控制信号。P3 口除作为一般 I/O 口外，还有其他一些复用功能，如表 1 所示：表 1 P3 口引脚复用功能引脚号 复用功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时器 0 的外部输入）P3.5 T1（定时器 1 的外部输入）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）RST（9 引脚）：复
19、位输入。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。ALE/PROD（30 引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在 Flash 编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。PSEN（29 引脚）：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 STC89C52 从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN 在每个机器周期被激活两次，而访问外部数据存储器时，PSEN 将不被激活。EA/VPP（31 引脚）：访问外部程序存储器控制信号。为使能从 0000H 到FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA 必须接 GND。注意加密方式 1 时，EA 将内部锁定位 RESET。为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 Flash 编程期间，EA 也接收 12 伏 VPP 电压。XTAL1（19 引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18 引脚）：振荡器反相放大器的输入端。不应将“1”写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。并非所有的地址都被定义，从 80HFFH 共 128 个字节只有一部分被定义。还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。
