基于凌陽單片機SPCE061A的紅外泵液器的設(shè)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，一般可提供手動和自動兩種泵液模式，同時具有低電壓檢測報警以及使用完畢后語音提示等功能。紅外泵液器在工作時，一般首先通過傳感器將伸手出水動作轉(zhuǎn)換成電信號，并通過紅外發(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，再利用光照強弱來改變電路中的電流。當(dāng)伸出手時，接收部分收到的紅外線強度降低，轉(zhuǎn)換的電流強度減弱，拿開手時，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(zhuǎn)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實現(xiàn)；第三步，則是通過對高低電壓信號的判斷來輸出控制信號，并將控制信號輸出給電機，再通過電機控制水泵。這部分主要是對IOB2的中斷檢測，伸手時紅外線被擋住，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(或者使用查詢方法)來向SPCE06lA單片機提出放水的中斷請求。

　　通過以上三個操作步驟，僅僅可以基本完成設(shè)計功能，而本文對上述傳統(tǒng)設(shè)計的改進之處有以下三點：

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

　　(2)改進了工作指示燈電路模塊。當(dāng)電路處于工作狀態(tài)時，指示燈亮。

　　(3)改進了語音播報，由于SPCE061A單片機集成了2個10位DAC(數(shù)一模轉(zhuǎn)換)模塊，因此，利用這部分資源可以方便地實現(xiàn)數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換，從而使人機交互更友好，同時也可以表明當(dāng)前系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

　　1 紅外泵液器的硬件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的工作組成原理如圖1所示。

　　本方案采用凌陽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(qū)動。紅外傳感部分可用來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IOB8輸出一定頻率的脈沖來控制紅外發(fā)射管的發(fā)射頻率。紅外接收管則采用GD1611，可利用IOB2的外部中斷功能來進行檢測。語音播報部分采用SPCE061A內(nèi)部的DACl輸出信號到語音電路，再使用A2000格式放音。本系統(tǒng)提供3個按鍵，可用來設(shè)定出液量、自動、手動泵液等，他們占用SPCE06lA的IOA0—2共3根I／O線。系統(tǒng)選用微型電機來作為泵液的驅(qū)動，電機的控制是由一個三極管作為電子開關(guān)完成的?？赏ㄟ^IOB4控制三極管，從而控制電機。利用SPCE061A內(nèi)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(tǒng)還提供了一個發(fā)光二極管作為工作指示燈，并可用IOA5來控制。

　　圖2所示是系統(tǒng)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(dāng)系統(tǒng)接上電源時，可通過過程控制IOA5輸出高電平，工作指示燈一直亮著。1*3鍵盤的功能是分別設(shè)定自動與手動模式的切換、手動下出水、手動下停水，其占用IOA0-2三個端口。當(dāng)?shù)谝淮伟聪?鍵時，默認為自動模式，即當(dāng)手伸到儀器時，IOB2口接收不到IOB8口發(fā)射出來的紅外控制信號，則單片機控制IOA4口并控制電機轉(zhuǎn)動泵水，當(dāng)手離開時，IOB2口接收到紅外信號，控制電機停止出水。當(dāng)再次按下1鍵，則切換到手動模式，這時按下2鍵開始出水，按3鍵停止出水。當(dāng)電機由轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橥Ｖ箷r，單片機控制DACl口播放“謝謝”。當(dāng)電壓低于開始設(shè)定的電壓值時，系統(tǒng)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，IOA9口是低壓檢測，DACl口接語音播報。引腳12、13是振蕩器的輸出和輸入，引腳16、17、18分別接在線調(diào)試器的使能端、時鐘腳和數(shù)據(jù)腳。

　　2 紅外泵液器的軟件設(shè)計

　　根據(jù)設(shè)計的功能以及硬件電路，本系統(tǒng)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(yīng)輸出固定頻率的脈沖，以激勵器件發(fā)射紅外線，因此程序首先需要完成此項功能。實際的程序應(yīng)通過SPCE061A單片機內(nèi)部的計時中斷產(chǎn)生8 kHz的脈沖。具體的操作是通過SPCE061A單片機工作的晶振頻率來計算經(jīng)過多少分頻才能將頻率降低至8 kHz，由此得到計數(shù)值并將計數(shù)值填入計數(shù)器，同時對相應(yīng)中斷寄存器進行設(shè)置。然后在計時中斷的中斷服務(wù)子程序中通過語句IOB8=!IOB8來控制該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)說明，本裝置在伸手時，IOB2將出現(xiàn)高電平，其它情況該引腳輸出為低電平，由此可通過IOB2的中斷功能實現(xiàn)對高電平的檢測，當(dāng)IOB2出現(xiàn)上升沿時，表明此時伸手，系統(tǒng)進入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。

　　再就是鍵盤掃描程序?？刹捎貌樵兎椒ㄑh(huán)檢測是否有鍵按下，當(dāng)檢測到按鍵端口有低電平時，便進入相應(yīng)的處理程序，其中管理自動手動模式的按鍵是通過這樣的方法實現(xiàn)的，即每次有鍵按下，標志位變化，原來為0就置位，為1就清零，從而控制手動和自動的選擇。其它的按鍵進入按鍵處理程序后作相應(yīng)的處理，同時啟動語音輸出等。

　　圖3所示是本系統(tǒng)的軟件流程圖。首先是系統(tǒng)的初始化，然后是各個IO端口的初始化，最后執(zhí)行系統(tǒng)任務(wù)。主任務(wù)的流程是IOA0-2口都處于高電平，當(dāng)按下哪個鍵時，哪個端口變?yōu)榈碗娖?，然后檢測IOA0—2端口的電平值，如果發(fā)現(xiàn)有端口變?yōu)榈碗娖?，則把信息送到主任務(wù)那邊的等待鍵盤信息，當(dāng)人使用完后結(jié)束，系統(tǒng)返回上面一層，繼續(xù)等待鍵盤信息；如果發(fā)現(xiàn)鍵盤的各端口都是高電平，沒有變?yōu)榈碗娖降亩丝?，則返回，然后繼續(xù)鍵盤掃描任務(wù)。

　　3 結(jié)束語

　　本文給出了一種由凌陽公司生產(chǎn)的單片機芯片SPCE061A控制的紅外泵液器的改進設(shè)計方法。經(jīng)改進后的泵液器增加了手動和自動模式轉(zhuǎn)換、低電壓檢測報警以及使用完畢后語音提示等三項功能。實測證明：該裝置還具有抗干擾能力強，無誤操作且省電節(jié)能等特點。