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1、龙岩学院毕业设计 题目： 基于单片机的智能病床设计 专业： 电子信息工程 学号： 作者： 指导教师(职称)： 2016年 3月25 日基于单片机的智能病床设计【摘要】本文基于STC90C516RD单片机、传感器技术与遥控技术设计了智能病床系统，该系统实现了自动检测病床温、湿度并在LCD1602液晶显示屏上实时显示，实现了遥控控制病床床头部分位置高低功能、以及超声波驱蚊。通过调试验证了这一次设计的系统硬件构造会比较浅显易懂，操作灵动。【关键字】单片机 温湿度传感器 智能病床 LCD1602液晶显示屏 Intelligent bed based on single chip microcomput
2、er【Abstract】This article is based on STC90C516RD single-chip microcomputer, sensor technology and remote control technology to design intellgent bed system. Then system has realized automatic testing bed temperature, humidity and the LCD1602 real-time display on the LCD panel, realize the function o
3、f remote control sickbed the height part of the head of a bed, and ultrasonic drive midge. This time design was verified by means of debugging the system hardware structure is simple, operation is clever. 【Key Words】Single chip temperature and humidity sensor Intelligent hospital bed LCD1602 screens
4、 目录第1章 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.2 设计要求1第2章 硬件设计22.1 系统设计22.2 元器件简介32.2.1 步进驱动芯片1508S32.2.2 LCD1602液晶显示屏32.2.3 温、湿度传感器42.2.4 红外遥控器42.2.5 按键、LED和蜂鸣器52.2.6 主控芯片STC90C516RD单片机52.3 系统电路设计62.3.1 晶振电路72.3.2 复位电路72.3.3 电源电路82.3.4 电机驱动电路82.3.5 报警指示电路82.3.6 红外解码电路92.3.7 温湿度检测电路9第3章 软件设计103.1系统主程序流程图103.2电机正、反、停转函数
5、123.3 按键处理函数12第4章 仿真及调试结果144.1 仿真结果144.2 硬件调试144.3 系统功能的验证15第5章 总结17致谢18参考文献19附录1原理图20附录2 PCB图20附录3 实物图21附录4 程序22基于单片机的智能病床第1章 绪论1.1 课题的研究背景及意义早期医院里的病床只是能让病人躺着睡觉的工具，对于一些重病患者来说，如果患者在病床上小便或者因为被子没有盖好，这将导致患者病情加剧。如果没有家人的陪护想要正常吃饭、大小便等活动是比较困难的。是以这一类的病人对陪护的职员要求是十分高的，陪护职员有必要隔段时间就观察这些方面。伴随着电子技术的快速发展，特别是进入21世纪
6、之后微处理器和传感器的高速发展，使得单片机的使用更是越来越广泛，此时有必要将单片机和传感器技术引用到病床上，可以利用温湿度传感器来检测病床上的温度和湿度，当病人在床上小便或者病人没有盖好被子，那么通过传感器检测及单片机处理后就可以得知是否湿度过高或者温度过低，从而可以对病人合适的照顾。还将红外遥控技术使用到病床上了，通过遥控控制病床上的电机正反转及停止，从而使病床的床头部分能上升下降，当病人要吃饭的时候直接用遥控器遥控病床就可以让病人起身，这样就解决了家属的一些体力负担，此外智能病床还有超声波驱蚊的功能，这样可以避免那些蚊香、花露水、风油精等普通驱蚊方式有酒精、麝香的副作用以及气味刺鼻。所以此
7、次研究基于单片机的智能病床是很有实际意义的，也是贴切生活所需的。1.2 设计要求本次任务要求设计一种基于单片机的智能病床，该系统具有实用性强，操作简单，易上手，效率高，等特点。本设计具有以下功能：（1）可实现测温度、测湿度。（2）实时显示温湿度值。（3）可调节温、湿度的报警值。（4）遥控器遥控电机正、反、停转。（5）可实现超声波驱蚊。第2章 硬件设计2.1 系统设计方案一：利用FPGA作为系统的控制器，通过FPGA（现场可编程门阵列）可以实现各种复杂的逻辑功能1，它把可以所有的器件都集中在一块体积很小的芯片上，稳定性高。而且FPAG可以利用EDA软件仿真调试，容易实现功能的扩展，可是由于这个系
8、统对数据处理的速度要求不是很高，而且FPGA的管脚也会比较多，布线会比较复杂，成本也比较高。方案二：利用STC90C516RD单片机作为系统的控制器。51系列单片机的使用会比FPGA的更为简单，软件编程比较灵活，可以用.H文件的形式自由的更改程序，还可以编程实现种种算法和逻辑控制，另有功耗低、体积小、技术成熟和本钱低等特点占上风2。比较以上两个方案，方案一与方案二均可以实现本次设计的设计要求，且在程序代码执行速率，功耗要求方面都比较出众。但是对于本次设计来说，方案一编程较为困难，且利用率不高，而方案二不仅易于编程，设计也较为简便，所以选择第二种方案。这一次的设计由主控芯片STC90C516RD
9、单片机和几个电路共同构成。51单片机在整个系统的运行中起着关键性的作用。如图1所示：图1 系统结构框图这一次设计系统采取STC90C516RD单片机作为核心控制器，由晶振电路、复位电路和电源电路构成单片机的最小系统3。晶振电路提供单片机工作的时钟，当系统处于死机或瘫痪状态的时候可以使用复位电路进行重启，电源电路为整个系统提供工作电压。其中温、湿度检测电路的用途是检测病床的温度和湿度，红外遥控电路是控制步进电机状态从而现实控制病床床头部分的升降，超声波电路是用于驱蚊，LCD1602液晶显示电路模块用于显示温湿度检测的值，按键电路用于设定温湿度阀值，从而节制LED报警指示。2.2 元器件简介2.2
10、.1 步进驱动芯片1508S步进电机驱动芯片1508S是一个双通道直流马达驱动器，由于其具有双通道，因此可以很方便的驱动双极性步进电机，在这一次设计中我用的是四线双极性步进电机。此芯片内置了功率MOS全桥驱动电路，能够驱动前进，后退，刹车和停止功能。具有非常低的功耗，因此也就意味着它应用在玩具中的马达驱动非常广泛。此芯片还具有非常低的导通电阻，大约是1欧，因此其输出电流是非常大的，最大每个通道可以连续输出电流1.8A，峰值电流为2.5A。芯片具有非常宽的电压范围，因此应用是非常广泛的。其芯片管脚图如图2所示： 管脚图序号符号功能说明NCOUTAINAPGNDAGNDINBOUTBVDDNCOU
11、TCPGNDINCINDAGNDVDDOUTDSOP-161NC悬空 2 INA接合INB决定状态3 INB接合INA决定状态4 VDD电源正极5 NC悬空 6 INC接合IND决定状态7 IND接合INC决定状态8 VDD电源正极9 OUTD全桥输出D端10 ANGD地11 PGND地12 OUTC全桥输出C端13 OUTB全桥输出B端14 AGND地15 PGND地16 OUTA全桥输出A端图2 1508S管脚图2.2.2 LCD1602液晶显示屏LCD1602是一款字符型液晶显示器，每一行有16个字符，所以得名为1602。它内部包含许多个RAM，我用的是40个。通过对1602液晶显示屏的
12、控制管脚RS,RW,E进行控制就可以从LCD1602液晶显示屏上看到成果，其具体的图形如图3所示：图3 LCD1602液晶图2.2.3 温、湿度传感器DHT11是一款已经经过校准的数字信号输出的温湿度传感器，其内部已经将温度传感器及湿度传感器集成在一块上，因此对于温度及湿度的测量使用该模块是非常方便的。DHT11温、湿度传感器的丈量精度会对照其它的要高，其湿度准确到+-5%RH，温度精确到+-2度4。该传感器工作的时候非常稳定可靠，响应非常快，性价比非常高。因此对于一些要求不是很精确的场合应用是非常方便和实惠。并且它的应用在现实中也非常广，DHT11具有和DS18B20单总线通信类似的时序，因
13、此只要会使用DS18B20就很快的掌握此传感器通信。该传感器具有4个管脚，VDD、DATA、NC、GND，传感器工作电压比较宽，适合在3.3V到5.5V电压下工作。其具体实物如图4：图4 DHT11温湿度传感器2.2.4 红外遥控器红外遥控器对于大家是非常熟悉的，不论在哪里都可以经常看到，比如我们家中的电视遥控器，空调上的遥控器，冰箱上的遥控器等等。我们常见的是红外遥控，另一端必须接上对应的红外接收头才能进行遥控，而我们设计中使用的就是红外一体化的接收头，也就是说将红外接收头和放大解码等电路全部集成在一个封装内。红外线通信的解码方式不知一种，通常比较多使用的是NEC进行解码。这一次设计中我采用
14、一体化接收头的型号是HS0038。HS0038的波长为0.94m。红外遥控器及接收头管脚如图5：图5 红外遥控器和接收头2.2.5 按键、LED和蜂鸣器按键，它是常用控制器件的一种，通常被用来对需要控制的电路开或断即接通状态或者断开状态，内部的电流是很小的，应而可以达到手动控制的作用。在这里我们设计中使用的常用的按键，其按下后会有些许的波动，导致高低电平不稳，所以在后面的程序编写过程中需要专门用软件来消抖，一般其抖动的时间在10ms左右，如果不想再软件上做消抖处理也可以在硬件上做消抖，可以在按键那并接一个RC电路，那样就可以起到充放电延时的作用5。这样一来单片机就可以对按键按下和按键断开有一个稳定的判断识别了。LED也叫做发光二极管，具有正负极，它是一种半导体固态的器件，其具有将电能转化为光能的功能，它的英文名全称是Light emitting diode。其内部有一个PN结组成，当给发光二极管正极加上约2V电压的时候就会发光，如果正负极接反的话不导通，电压过大会烧坏发光二极管。一般其导通电压是2V左右，电流是10ma
