基于51单片机的智能干手器的设计

杨琳 向胜奎 王露 乔成芳 孟燕

摘要：

针对目前市场上的干手器分立元件较多、电磁滋干扰强、成本高、速度慢、干手效果不明显等问题，设计了一款基于单片机的智能干手器。该系统采用51单片机节制电路和红外感应电路，克服了以上缺点，能够快速、自动感应人手的伸进和离开，通过软件智能加减工作时间，还能自动调节或手动改变出风口温度，分别满足不同人、不同条件的需求。该系统实现了智能干手功能，操作简单、运行可靠、系统稳定，能达到设计要求和精度指标。

关键词：

单片机; 红外感应; 干手器

中图分类号： TP 393.0

文献标志码： A

Design of Intelligent Dryer Based on 51 Single Chip Microcomputer

YANG Lin1， XIANG Shengkui1， WANG Lu1， QIAO Chengfang2， MENG Yan3

（1. College of Electronic Information and Electrical Engineering， Shangluo University， Shangluo， Shanxi 726000， China;

2. College of Chemical Engineering and Modern Materials， Shangluo University， Shangluo， Shanxi  726000， China;

3. Shanyang Middle School， Shanyang， Shanxi  726400， China）

Abstract：

At present， there are many problems in the hand dryers， such as more discrete components， strong electromagnetic interference， high cost， slow speed， unobvious effect of dry hands， and so on. In order to solve these problems， this paper designs an intelligent hand dryer based on MCU. The system adopts 51 MCU control circuit and infrared induction circuit to overcome the above shortcomings. It can quickly and automatically sense the entering and leaving of human hands. It can also intelligently add or subtract drying time by software， and intelligently adjust outlet temperature according to ambient temperature and humidity. This can meet the needs of different people and different conditions. The system realizes the function of intelligent dry hand， and is simple to operate， reliable to operate and stable， and it can meet the design requirements and precision targets.

Key words：

MCU; infrared induction; hand dryers

0引言

作为一种卫生洁具，干手器遍及公共场所，然而市场上大多干手器并未达到毛巾擦干手上水分的效果，有的甚至存在质量问题[12]。智能干手器有着巨大的研发价值[3]，所以吸引了一批知名企业和学者对其展开深入的研究。DIHOUR ABS干手器，发射X10信号给接受端利用了220v的电力线，从而达到智能化控制的目的，同时不需要额外的布线，也是ABS系统的一大优势[4]，因为其他的智能干手都脱离不了布低压线这一环节，在家庭中安装其他的干手控制系统时需要在墙面或地面上开凿，钻孔，存在着使用不方便和人性化的问题[56]。但是该套系统在国内应用的并不十分的广泛，是因为这套产品的价格并不十分的符合人们的需求，也存在在国内市场上缺乏推广的因素。PTC热敏电阻干手器系统（德国），该系统的实现利用了预埋总线技术[78]，和其智能控制系统一样也采用了传感器技术[910]、电子技术[1112]和单片机技术[1314]与中央控制的机制。但也存在工程实施复杂，要求严格，价格不能被人们所接受，因此自从该产品问世以来，一直不被国内市场所接受。DH9922干手器（新加坡），脱离不了预处理总线机制和集中控制机制[15]。系统较为成熟和稳定，在这一方面较为适合中国的国情，但是存在系统架构不够优良，灵活性不高，价格不被大众接受，因此在国内的应用较少。本文所设计的智能干手器优化了系统电路，成本低，干手速度快，具有十分广阔的市场前景。

1系统架构

本系统以单片机STC89C51为核心，通过继电器来实现对风扇控制，本设计中电源模块不仅给单片机最小系统供电而且给风扇供电，其余还包括独立键盘以及相应红外测的操作，按键的扫描，进行的状态标志可以进行单片机模式的选择，红外感应模块信号端信号的读取通过I/O口来进行，若有信号，那么风扇的运作由单片机继电器的吸合来控制，当进入加热模式时，控制加热的继电器吸合，来实现环境的加熱;其中判断依据是检测红外传感器的信号是否有人体。系统总体方案的结构图，如图1所示。

2系统硬件电路设计

2.1主芯片及外围电路

综合系统实际要求，本系统共分为六个模块，分别为复位电路单元、红外检测电路单元、STC89C52单片机主控单元、振荡电路单元、LED显示单元与继电器驱动电路单元以及按键电路单元。系统硬件构成框图，如图2所示。

硬件电路，如图3所示。

2.2红外测温电路

本系统红外传感器采用PR35三脚封装，更简便易操作。该模块实现对温度的实时测量，具有对物体接近灵敏的感应。3个引脚分别为电源负极、电源正极和信号输出管脚，连接方式如图4所示。

当有手处于干手器可工作范围内，手将红外发射管发射的红外线脉冲反射回来，由红外接收管接收并且转换为电信号，电信号进入单片机P3^4端口，从而人体信号的采集便可以实现了。当人体信号被单片机检测到后，电吹风的开关由继电器的闭合控制，从而实现干手器的设计。

2.3继电器控制电路

本系统中的继电器模块是一种电子节制器件，它可以通过用较小的电流去控制较大电流，在控制的过程中往往通过三极管9012去驱动继电器的闭合与开路，通过继电器去控制风扇，如图5所示。

它具有高级输入回路和被输出回路，通常可以在主动控制电路中应用。故在电路中的作用是调节主动、庇护安适、电路转换等作用。

2.4复位電路和时钟电路

复位和时钟模块：图6为复位电路，对温度丈量模块举行初始化。图7为时钟电路，控制温度变化的节奏，每一秒温度变化一次，实时监测温度的变化。

3系统软件设计

3.1软件总体设计

软件设计方式采用模块化，将各个功能分成独立模块，一起执行管理系统和监控程序。本设计的软件包括主程序，红外检测子程序，按键检测子程序。系统对外围设备进行初始化，然后开始读取红外传感器状态，最终控制继电器，进行电机驱动。系统整体流程图，如图8所示。

3.2主系统程序设计

系统核心芯片是STC89C52，通过控制继电器电路以及读取红外传感器状态实现智能干手器，初始化单片机外围设备是程序设计的主程序，其次是初始化单片机定时器，接下

来进入循环中，读取红外传感器的设备状态以及控制继电器。继电器吸合的操作由程序中主函数根据标志位Flag的状态来执行。系统主程序流程，如图9所示。

3.3定时中断程序的设计

本设计中继电器的吸合来控制风扇转动，15秒即风扇工作时间，50 ms为定时器的溢出时间，即中断计数标志位flag达到20次时就代表1 s的时间，以此为依据那么15 s的计数就不难实现了，实现这部分具体的流程，如图10所示。

4系统调试

4.1调试过程

系统主要由单片机最小系统、红外传感器电路、继电器驱动电路、LED显示、等几部分组成，系统硬件如图11所示。

程序调试时，将每个模块单独调试，使其达到最佳状态，每个模块调试通过后，整合资源，合理分配MCU，使其发挥最大作用，然后进行系统联调，以实现最佳效果。

系统上电前，需要保证以下几点：

（1） 该系统上的总电源开关处于关闭状态;检查相关传感器是否安装良好。以上检查完毕后，就可以给系统供电;

（2） 开机后，看到LED显示状态，以及本地传感器指示灯;

（3） 红外传感器处于检测状态，当有人手经过时，就会触发继电器导致风扇的导通。

调试部分分为以下几部分：

（1） 设置调试定时器中初始化部分的定时器初值;

（2） 调试程序设计中的led灯，设置断点的位置即led灯亮的位置;

（3） 调试红外传感器灵敏度。

4.2调试中的问题

单片机中烧入程序，电路中插入芯片，启动按键时电机旋转，但是有时会出现按键效果不灵敏的问题，经分析，出现了按键抖动情况，解决的方法就是增加消除按键抖动的语句。经反复修改程序中定时参数，消除抖动，克服了按键不灵敏的情况。

5总结

本文所设计的智能干手器由单片机最小系统，继电器电路，红外传感电路接口等部分组成。实现了干手功能的设计要求和精度指标：

（1） 系统的软件设计基本实现了所设定的要求，且操作简单，运行可靠。

（2） 系统能够根据环境温度和人体温度、湿度，智能调节出风口的温度和烘干时间，优化每个人的用户体验。

（3） 为提高在现场环境运行的可靠性和稳定性，进行了部分硬件和软件的抗干扰设计，效果良好。

参考文献

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（收稿日期： 2019.05.16）

基金项目：

国家自然科学基金（21703135）;教育部高等教育司产学合作协同育人项目（201802047133）;陕西省2019年大学生创新创业训练计划项目（S201911396057）。

作者简介：

杨琳（1985），女，硕士，讲师，研究方向：信号处理。

向胜奎（1997），男，本科，研究方向：信号处理。

王露（1994），女，本科，研究方向：信号处理。

乔成芳（1984），女，博士，副教授，研究方向：材料学。

孟燕（1980），女，本科，讲师，研究方向：中学教育。

文章编号：1007757X（2020）08000104