毕业设计（论文）-婴儿自动摇篮的设计.docx

毕业设计题目婴儿自动摇篮的设计学生姓名指导教师二O一五年X月摘要随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。本文设计的一款婴儿自动摇篮，包括控制器、床架、摇篮床、摇摆机构等。本次设计的摇篮车能够监测婴儿的体温、监测婴儿是否尿床、播放MP3和控制摇摆功能，本文利用SOLlDWORKS软件对整个自动摇篮进行三维建模，并导出二维工程图，最后利用AT89S51单片机完成婴儿摇篮车控制系统的设计。关键1司：自动摇篮，控制器，三维建模，单片机Abstractwiththesocialliferhythmismoreandmoreintense,theworkpressureismoreandmorebig,takecareofthebabyhasbecomeabigproblemforsomeyoungparents.Whenababyisbomwhenthefamily,thefamilynursinginfantsnotsoplentyofpeople,oftenduringthedayonlyonepersonforcare,andmaybeolder,laborabilityweakelderly,nursinginadditiontotakingcareofthebaby,Ioftenhavetobearalotofhouseholdwork,inaword,theworkloadisrelativelylargethelaborintensityislarge.Anautomaticbabycradleisdesignedinthispaper,includingthecontroller,frame,cradle,rockingmechanismetc.Thedesignofthebassinetcapableofmonitoringthebaby'sbodytemperature,monitoringwhetherthebabybedwetting,playMP3andcontroltheswingfunction,thethree-dimensionalmodelingofthehandheldcottonpickerusingthesoftwareSOLIDWORKS,andtheoutputofengineeringdrawing,finallyusingAT89S51microcontrollertocompletethedesignofcontrolsystemofthebabybassinet.Keywords:automaticcradle,3Dmodeling,controller,MCU目录摘要iAbstractii第一章引言I1.1 课题研究的目的及意义11.2 课题的研究现状及发展趋势11.2.1 国内的研究现状11.2.2 国外研究现状21.2.3 发展趋势21.3 课题设计思路21.4 本文主要研究的内容3第二章自动摇篮的总体方案的设计42.1 自动摇篮的组成及各部分关系概述42.2 自动摇篮驱动方案的确认42.3 总体方案拟定4第三章自动摇篮整体结构的设计63.1 驱动电机的选择63.2 摇篮框架的设计83.3 摇摆机构的设计93.4 摇篮床的设计IO第四章摇篮控制系统的设计124.1 控制方案设计124.2 单片机概述124.2.1 单片机的硬件结构124.2.2 单片机的引脚144.3 系统电路的设计174.3.1 声音检测电路174.3.2 度、湿度检测电路174.3.3 显示电路194.3.4 定时设置电路204.3.5 电机驱动电路214.3.6 音乐播放、报警电路22436单片机的最小系统224.4 摇篮控制系统软件设计234.4.1 主程序模块设计234.4.2 液晶显示模块设计261.1.1 度、湿度处理模块设计274.4.4 键盘扫描模块设计294.4.5 电机驱动模块设计30第五章自动摇篮三维造型的设计325.1 SolidWorkS软件简介325.2 零件建模335.2.1 摇篮连接座三维建模的形成335.2.2 立支架的三维建模形成345.2.3 其他零件的三维模型造型345.3 零件装配355.4 三维向二维的转换37第六章结论396.1 本论文所取得的结果396.2 技术展望39参考文献40致谢41第一章引言1.1 课题研究的目的及意义随着现在社会的生活节奏越来越紧张，工作压力的越来越大，照顾宝宝成了一些年轻父母的一大难题。当家庭中有婴儿出生的时候，对家庭中婴儿的看护不像以前那么人手充足，白天往往只有一个人作看护，且可能是年龄较大的，劳动能力较弱的长者，看护人除了照料婴儿之外，平时往往还要承担大量的家务工作，总之，工作量比较大，劳动强度也较大。如何使看护婴儿成为一项轻松地事情，使看护者能抽出更多的精力去做其他事情？目前，市场上公开使用的婴儿摇篮，基本上是采用秋千的原理制作的。使用时是由专人守在摇篮边不停的摇动，摇篮才能不停地摆动。这类摇篮由于不能长时间自动摇动，因此不但耗费人力，增加劳动强度，且给使用者带来一定的麻烦。并且现有的摇篮笨重体积大，占用室内面积多，使用太费力，看护体力消耗大，特别是在农村，由于幼儿园较少，看小孩成了父母及爷爷奶奶的一种负担，让人苦不可言。因此，本课题设计一款多功能自动摇床以满足看护者的需要，智能婴儿摇篮和普通摇篮相比，功能强大，声控、遥控、电动、音乐集于一体，能够很好的为宝宝及其监护人提供很大的方便，使婴儿和监护人都能有充足的唾眠环境，使睡眠问题不再困扰婴儿的健康成长和监护人的正常作息。随着社会经济的发展，文化的进步，越来越多拥有宝宝的家庭需要一款智能婴儿摇篮，在未来将体现其优越性，为有宝宝家庭带来幸福，使用看护婴儿不再是一项负担，而是一件娱乐而有趣的事情，使宝宝在音乐的陪伴下成长。毕业设计是对大学四年所学知识的运用和实践，对婴儿自动摇篮的设计进行尝试，对该领域有进一步的理解和认识，熟悉相关技术标准，巩固机械设计、绘图，电路设计、软件应用等方面知识，提高运用国家标准、设计手册、设计图册等工具能力。1.2 课题的研究现状及发展趋势1.2.1 国内的研究现状目前，国内各大网店已继推出了一些智能婴儿摇床的产品，得到了一些客户的青睐。如：约翰兔电动婴儿床实木带蚊帐多功智能婴儿摇篮床bb宝宝自动摇篮。但在国内市场也有一些婴儿用的摇篮，功能较少，达不到智能化，摇摆幅度也没有进行过检测，主要依靠用户主观感觉来决定系统的运行，不具有科学性，因此还有许多可以研究和进步的空间。1.2.2 国外研究现状美国著名的婴儿产品制造商4moms公司近日推出了两团具有自动哄婴儿功能的电动推车，分别是MamaRoo和Origamio卡耐基梅隆大学的机器人工程师们建立一家名为4moms的婴儿电子产品公司，该公司总部位于宾夕法尼亚州的匹兹堡。近日，该公司推出了两款具有看护婴儿功能的电动推车。这两款婴儿推车能在婴儿哭闹的时候让孩子情绪平静下来，还能逗得孩子咯咯笑。美国著名的婴儿产品制造商费雪今日推出了一款电动摇篮秋千。此外，英国考文垂大学4名男生日前联手发明了一种可使婴儿在自动摇摆中安然入睡的小床。伴随着这种新发明的亮相，摇篮曲以及那些专门用来哄小孩子进入梦乡的枕边故事或许真的会成为历史。目前，由他们设计发明的一张标准尺寸的样板床正在该大学的年度学位展上展出，该展览将于6月9日结束。不久前，日本一家公司研制成功一种自动婴儿摇篮，当婴儿啼哭时，摇篮便自动摇动。这种被称为Do-Re-Mi摇篮是一个可调整的置于一支座上的婴儿座，这个支座不仅是一个暗盒式狭带录音机，而且是一个摇动摇篮的机械装置。当婴儿啼哭时它会自动开机摇动，同时这个暗盒式狭带录音机可以播放预先录下的音乐或婴儿父母的声音。这家制造商说Do-Refi摇篮能辨别出幼儿和成年人的声音，以便它不会由于疏忽而突然自动开机，妨碍婴儿的唾眠。1.2.3 发展趋势我国是个人口大国，现在每年出生的婴儿近100O多万，而摇篮又是新生儿的必备品，具有很大的发展空间和市场前景。越来越多的厂商开始关注这方面的技术创新和资金的投入。一些发达国家对生活质量的重视程度相对我国而言比较高，因此，在智能婴儿车的发展方面，这些发达国家已经有了相当成熟的技术。已经开始了广泛的应用。但在这方面的研究仍然没有停止，依然还有很大的技术提升空间。1.3 课题设计思路1）参考所有与自动摇篮产品相关数据，了解整个自动摇篮的整机系统的组成。2）自动摇篮整机方案的确认。3）自动摇篮整机的设计计算，并对主要零部件进行设计校核。4）婴儿摇篮控制系统的设计5）自动摇篮整机三维建模。1.4本文主要研究的内容设计一款多功能自动摇床，主要实现如下功能：1）摇篮自动摇摆功能这是婴儿自动摇床的最基本功能之一。舒适的摇篮摇摆可以帮助婴儿在规律性的摇摆中把情绪稳定下来，安静入唾。本摇摆功能实现摇摆幅度可随意调节，可定时摇摆，可用遥控器在远距离遥控。摇篮采用软悬挂，软驱动，摇动起来无噪音，无振动感，摇摆均匀。2）音乐播放功能适当的音乐可催眠，可使婴儿变得更聪明。因此本婴儿自动摇床特设音乐播放功能,床内配置有音响系统，可以播放mp3音乐。mp3音乐可以网上或其他来源下载。婴儿自动摇床控制系统可以从外置的移动存储器中读取这些文件。而且婴儿自动摇床设有母体心音播放功能，可播放模仿婴儿在母体羊水中听到的心跳声，使婴儿唾得更踏实。3）哭声检测功能婴儿在睡眠中醒来，如果父母不在身边，往往会因为孤独、恐惧、寂寞而啼哭。本设计中实现哭声检测功能，在摇床内安装哭声感应器，当感应到婴儿的哭声时，摇床会自动向远程的遥控器发出报警，并同时使摇篮自动摇摆和播放让婴儿舒适的各种声音、音乐。4）摇篮的结构设计摇篮车最重要的依然是安全性，这就要求摇篮结构的牢固性，市面上存在很多的结构类型，因此要选择一种最可靠的结构。5）外形设计摇篮的外观直接影响着该产品的销售量。时尚，新颖，卡通是婴儿摇篮外形最受人们喜爱的款式。这样，不仅能吸引使用者的眼球，还能让宝宝获得一个更愉悦的兴趣。第二章自动摇篮的总体方案的设计2.1 自动摇篮的组成及各部分关系概述自动摇篮主要由执行系统、驱动系统和控制系统组成。执行系统：执行系统是自动摇篮摇摆工作的部件。驱动系统：为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的有液压传动、气压传动和电传动。控制系统：完成自动摇篮实现各种功能的部件。2.2 自动摇篮驱动方案的确认目前机械设备的主要驱动形式有四大类：液压驱动、气动驱动、电机驱动、内燃机驱动。液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失（泄漏损失、压力损失等），传动效率相对低。液压传动需要配套设备如：液压站、各种液压控制阀等，它适用于重载、低速驱动，成本高，体积大。然而本文设计的是自动摇篮，完全属于家用，所以液压驱动并不适合。气动驱动功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小，成本低。但是气源对于自动摇篮是个问题，所以气压驱动不合适。电机驱动与气动驱动和液压驱动相比，具有能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服性好等优点；对于本自动摇篮来说，可以达到要求。2.3 总体方案拟定因为本自动摇篮的要求是便携，所以本次设计的自动摇篮采用如图2-1所示的结构形式：图2-1自动摇篮方案图自动摇篮的工作原理比较简便，电机带动摇摆轴转动，摇摆轴属于凸轮机构，带动摆杆左右摆动，摆杆的下端和摇篮床链接，在吊杆的作用下使得摇篮作左右摆动工作。第三章自动摇篮整体结构的设计3.1 驱动电机的选择目前较为常用的电机有直流电机、交流电机和步进电机，对它们的特性、工作原理与控制方式有分类介绍，下面总结如表3-1所示：表3-1不同电机的特性、工作原理与控制方式电机类型主要特点构造与工作原理控制方式步进电机直接用数字信号控制，与计算机接口简单，没有电刷，维修方便，寿命长。缺点是能量转换效率低，易失步，过载能力弱。按产生转矩的方式可分为：永磁式，反应式和混合式。混合式能产生较大转矩，应用广泛。永磁式是单向励磁，精度高，但易失步，反应式是双向励磁，输出转矩大，转子过冲小，但效率低；混合式是单双向励磁，分辨率高，运转平稳。直流电机接通直流电即可工作，控制简单；启动转矩大，转速和转矩容易控制，效率高；需要定时维护和更换电刷，使用寿命短，噪声大。由永磁体定子，线圈转子，电刷和换向器构成。通过电刷和换向器使电流方向随转子的转动角度而变化，实现连续转动。转动控制采用电压控制方式，两者成正比。转矩控制采用电流控制方式，两者也成正比。交流电机没有电刷和换向器，无须维修；驱动电路复杂，价格高。按结构分为同步和异步。无刷直流电机结构与同步电机相同，特性与支流电机相同。分为电压控制和频率控制两种方式。异步电机常采用电压控制。所需电机的功率计算：机器人小车的受力简图如图2-7所示：机器人所需的牵引力：乙=%+外，式中Fa一一机器人移动需要的牵引力Fw=mgsin0式中Fw,一一自身重力而产生的阻力Ff=mgCoSe式中Ff一一机器人移动所受摩擦力三g图2-7机器人小车的受力简图则有：Fa=mgsin式中摩擦系数摆动角度（摆动角度为30°）M床和婴儿总重量（假设IOKG）则机器人在水平面上运动的功率为:Fa=mgsin=10×0.5×10=50NP=工W=50x0.01=5W通过以上的比较和计算，我们决定选用广东德昌微电机公司生产的SRC-555-3250型直流电动机其外观如图3-2所示，技术参数如表3-2所示:图3-2电动机其外观如图表2-2直流电机技术参数表型号额定电压空载最大效率下制动转速电流转速电流力矩功率力矩功率r/minAr/minAgcmWg.cmWSRC-555-325012vCONSTANT61000.2453001.4922912.416509.203.2 摇篮框架的设计摇篮框架是支撑整个摇篮的重要部件，设计要考虑两个方面的因素：第一要提供足够的强度，第二要方便拆装，本次设计的摇篮框架由不锈钢管做成，连接采用连接座连接，方便拆装。其结构图如图3-3所示：调节手轮图33摇篮框架结构图3.3 摇摆机构的设计本次设计的摇摆机构如图3-4所示。固定轴图3-4摇篮摇摆机构如图3-4所示，要来机构是通过直流电机带动摆动轮旋转，摆动轮为凸轮机构，带动摆动杆左右摆动，实现摇摆功能。3.4 摇篮床的设计摇篮的设计原则是环保，结构牢固，本次设计的摇篮床是采用PP材料，一次注塑成型，其结构图如图3-5所示：图3-5摇篮结构图第四章摇篮控制系统的设计4.1 控制方案设计本章介绍了由单片机控制的电动摇篮的控制系统。控制模块由A89S51单片机作为控制核心，硬件电路分为声音检测、温度湿度检测、音乐播放、电机驱动、人机交互和报警等模块。该系统的功能是：输入的哭声信号控制摇篮的启动，当有温湿度报警信号输入时，启动报警系统。人机交互是由定时按键和LCD组成，摇篮晃动的时间是由按键预置；LCD可以显示定时时间和婴儿体温、尿床状态。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能。控制方案图如图4-1所示：图4-1基本电路框图4.2 单片机概述4.2.1 单片机的硬件结构MCS-51系列单片机的内部结构框图如图4-2所示。MCS-51单片机是把那些作为控制应用所必需的基本功能部件都集中在一个尺寸有限的集成电路芯片上。随着大规模集成电路技术的发展，其控制系统已能够取代以前利用复杂电子线路或数字电路构成的控制系统，还可以软件控制来实现，并能够实现智能化。它由如下功能部件组成。(1)微处理器(CPU)oMCS-51单片机中有1个8位的CPU,它由运算器和控制器等部件组成。CPU是单片机的核心部件，决定了单片机的主要功能特性；(2)数据存储器(RAM)。片内为128byte(52子系列为256byte)其片外数据存储器的寻址范围为64KB,用于存放可读写的数据，如运算的中间结果或最终结果等；(3)程序存储器(ROMEPROMEEPRoM/FLASHEEPROM)(8031和8032没有此部件)。其片外可最多可扩只读存储器的容量至64KB,主要用于存放已编写的程序，也可以存放一些原始数据和表格；(4)中断系统。具有5个中断源，可编程为2个优先级的中断系统。它可以接收外部中断申请、定时器/计数器中断申请和串行口中断申请。常用于实时控制、故障自动处理、计算机与外设间传送数据及人一机对话等；(5)定时器/计数器。片内有2个16位定时器/计数器(52子系列有3个16位定时器/计数器)，具有四种工作方式。它可以设置为计数方式对外部事件进行计数，也可以设置为定时方式进行定时。计数或定时的范围由软件来设定，一旦计数或定时到则向CPU发出中断请求，CPlJ根据计数或定时的结果对计算机或外设进行控制；图4-2MCS-51系列单片机内部结构框图(6) 1个片内振荡器及时钟电路；(7) 4个8位并行I/O接口(PO口、Pl口、P2口、P3口)32条可编辑I/O线，用于并行数据的输入或输出；(8) 1个串行I/O接口。它可使数据一位一位地在计算机与外设之间串行传递，可用软件设置为4种工作方式，用于多处理机和通讯、I/O口扩展或全双工通用异步接收器(UART)；(9)特殊功能寄存器SFR。特殊功能寄存器共有21个，用于控制和管理内部接口工作。实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个具有特殊功能RAM区。由此可见，MCS-51单片机的硬件结构具有功能部件种类全、功能强等特点。4.2.2单片机的引脚AT89S51单片机芯片为40个引脚,HMOS工艺制造的芯片采用双列直插(DIP)方式封装，其引脚示意图如图2-3所示。AT89S51为40个引脚中有电源引脚，时钟引脚，控制引脚以及I/O口引脚。下面结合图4-3来介绍各引脚的功能。P1.0匚140VeCPl.1匚239P0.0/AD0P1.2匚338PO.1/ADlPl.3匚437P0.2/AD2P1.4匚536P0.3/AD3Pl.5匚635P0.4/AD4Pl.6匚734P0.5/AD5P1.7匚833P0.6/AD6RSTZVpd匚932P0.7/AD7RXD/P3.0匚IO31EAZVppTXD/P3.1匚1130ALE/PROGINTO/P3.2匚1229PSENINT1/P3.3匚1328P2.7/A15T0P3.4C1427P2.6/A14T1/P3.5匚1526P2.5/A13WR/P3,6匚1625P2.4/A12RD/P3.7匚1724P2.3/A11XTAL2匚1823P2.2/A10XTALl匚1922P2.1/A9GND匚2021P2.0/A8图4-3AT89S51单片机引脚示意图L电源引脚电源引脚接入单片机的工作电源。(1) Vcc(40脚)：接+5V电源正端；(2) Vss(20脚)：接地端。2 .时钟引脚两个时钟引脚XTAL1、XTAL2外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2个时钟引脚也可外接独立的晶体振荡器。(1) XTALl(19«)：接外部石英晶体的一端。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器；(2) XTAL2(18脚)：接外部晶体的另一端。在单片机内部，接至片内振荡器的反相放大器的输出端。来自反向振荡器的输出。3 .控制引脚此类引脚提供控制信号，功能如下：(1) RST/VPD(9脚)RST即为RESET,是复位信号输入端，高电平有效。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平时，就可完成复位操作，使单片机回复到初始状态。在单片机正常工作时，9脚应小于或等于O.5V的低电平。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源输入端。当主电源VCC发生故障，降低到规定值的低电平或掉电时，该引脚将+5V电源自动接入RST端，为内部RAM提供备用电源，以保证片内RAM中的数据不丢失，从而使单片机在复位后能继续正常运行；(2) ALE/PROG(AddressLatchEnabIe/PROGramming,30脚)ALE为地址锁存允许信号，当单片机正常工作后,ALE引脚不断输出正脉冲信号.当单片机访问外部存储器时,ALE输出信号的负跳沿用作单片机发出的8位地址(经外部锁存器锁存)的锁存控制信号.即使不访问外部存储器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的l6o应当注意的是，每当MCS-51访问外部数据存储器时(即执行的是MoVX指令),在两个机器周期中ALE只出现一次，即丢失一个ALE脉冲。因此，严格来说，用户不宜用ALE作精确的时钟源或定时信号。ALE端可以驱动8个LS型TTL负载。/PROG为本引脚的第二功能。在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端；(3) /PSEN(ProgramStrobeEnable,29W)程序存储器允许输出控制端，低电平有效。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此脚接外部程序存储器的OE(输出允许端)。取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效，以通过数据总线口读回指令或常数。当访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现；(4) EA/VPP(EnableAddress/VoltagePulseofProgramming,31M)功能为内/外程序存储器选择控制端。当/EA脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC超过OFFFH(4Kbyte地址范围，对8051,8751)时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当/EA脚为低电平时，单片机则只访问外部程序存储器，不论是否有内部程序存储器。对于8031,因其无内部程序存储器，所以该脚必须接地。Vpp为本脚的第二功能。在对EPROM型单片机8751片内EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压。对于89S51,则加在VPP脚的编程电压为+5V。4 .I/O口引脚(1) PO(39脚32脚)：PO.0PO.7统称为PO口。当不接外部存储器与不扩展I/O接口时，它可作为准双向8位输入/输出接口。当接有外部存储器或扩展I/O接口时，Po口为地址/数据分时复用口。它分时提供8位地址总线和8位双向数据总线。PO口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当Pl口的管脚第一次写1时，被定义为高阻态。在FlASH编程时，PO口作为原码输入口，当FlASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高；(2) Pl口(1脚8脚)：PLoP1.7统称为PI口，可作为准双向I/O接口使用。Pl口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，Pl口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。对EPROM编程和进行程序验证时，Pl口接收输入的低8位地址。在FLASH编程和校验时，Pl口作为第八位地址接收；(3) P2口(21脚28脚)：P2.0P2.7统称为P2口，P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号；(4) P3口(10脚17脚)：P3.0P3.7统称为P3口。它为双功能口，可以作为一般的准双向I/O接口，也可以将每1位用于第2功能，而且P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入/输出或第二功能。P3口的的第二功能，如表4-1所示：表4-1表口的第二功能引脚第2功能P3.0RXD（串行口输入端0）P3.1TXD（串行口输出端）P3.2INTO（部中断0请求输入端，低电平有效）P3.3INTl（中断1请求输入端，低电平有效）P3.4TO（时器/计数器0计数脉冲端）P3.5Tl（时器/计数器1数脉冲端）P3.6WR（部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效）P3.7RD（部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效）4.3系统电路的设计4.3.1 声音检测电路声音检测是本系统设计中的一个关键部分，要求具有较好的灵敏度和抗干扰能力。驻极体传声器是一种微型声电转换器，这种传声器具有灵敏度高、频率响应范围宽和体积小等优点。在本系统中选用驻极体话筒作为声音检测部分的声音传感器，用其将声音信号变换成电信号。声音检测电路如图4-4所示：VCC23INTlP3.4图4-4声音检测电路4.3.2 温度、湿度检测电路DHTll数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHTll传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为4针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。具有以下特性：（1）相对湿度和温度测量（2）全部校准，数字输出（3）卓越的长期稳定性（4）无需额外部件（5）超长的信号传输距离（6）超低能耗（7）4引脚安装（8）完全互换DHTll的供电电压为35.5V。传感器上电后，要等待Is以越过不稳定状态在此期间无需发送任何指令。电源引脚（VDD,GND）之间可增加一个100nF的电容，用以去耦滤波。本次设计的温度、湿度检测电路如图4-5所示：YCC褪度传感V皿MTANCGND5.1K-INTlP3.3图4-5温度、湿度检测电路4.3.3 显示电路LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。LCDI602模块的引脚如图4-6所示，其引脚功能如下： RS：数据和指令选择控制端，RS=O命令状态；RS=I数据 R/W：读写控制线，RW=0写操作；RW=1读操作 A：背光控制正电源 K：背光控制地 E：数据读写操作控制位，E线向LCD模块发送一个脉冲，LCD模块与单片机间将进行一次数据交换 DBODB7：数据线，可以用8位连接，也可以只用高4位连接，节约单片机资源。 VDD：电源端VEE：亮度控制端(1-5V)VSS：接地端LCDI602模块12345678910111213141516VSSVDDVORSR/WEDBODB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AK图4-6LCDl602模块本次设计的显示电路如下图4-7所示：LCD1602Vss VccVO RS RV EN BBD DBl DB2 DB3 DB4 DB5 BB6 DB7 BLA BLK1VCCOooooooo O 1 2 34 567 PO,PO,PQpo.papo,po,p(l,d-(Z=JULP2.6OP2.5CrP£4O图4-7数字显示电路4.3.4 定时设置电路键盘输入控制电路主要是用于设置定时时间,即定时设置电路，从而实现人机交互。该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。键盘的列线通过上拉电阻将管脚拉高,这样在没有按键按下的情况下,管脚电平为高电平,如果有按键按下,则相应的列线管脚为低电平,从而触发中断进入中断服务程序,进而获得输入的数据。键盘共有四个按键,按键Sl用来确定定时操作，用于确定定时操作的开始和结束；按键S2和S3分别用来对定时时间进行加1和减1操作；按键S4用来取消定时，此时摇篮启动后将一直摆动。定时设置电路如图4-8所示：+5V4.3.5 电机驱动电路电机驱动电路如图4-9所示，由于AT89S51单片机管脚最大直流输出电流为15mA,不足以驱动电机，为了获得较大的驱动电流，在单片机引脚和电机驱动引脚之间接入一个三极管，串联一个电阻，三极管基极接单片机，集电极接地，发射极驱动电机，构成共集电极放大电路，来放大单片机输出的电流。本文采用的三极管8550是一种低电压，大电流，小信号的PNP型硅三极管，放大系数约为150,放大后的电机驱动电流可达到2A左右。在电机的正负引脚间反串一个二极管，用来保护三极管。Motor图4-9电机驱动电路4.3.6 音乐播放、报警电路报警电路由单片机驱动蜂鸣器组成，与电机驱动电路类似，如图4-10所示，同样采用三极管8550构成电流放大电路，驱动蜂鸣器。当单片机的P2。引脚输出电平时，三极管导通，蜂鸣器鸣叫发出报警信号。另外，蜂鸣器不仅用于报警，还用来在摇篮摆动时播放催眠曲。这个功能通过软件来实现，在音乐播放标志位musicflag=l时，调用乐曲程序，就可以利用蜂鸣器播放音乐，达到辅助催眠的作用。4.3.7 单片机的最小系统能让单片机工作的由最基本元器件构成的系统称为单片机最小系统。构成51系列单片机最小系统的基本条件如下：L电源：单片机使用的是5V电源;2 .振荡电路：单片机是一种时序电路，必须施加脉冲信号才能工作。在它的内部有一个时钟产生电路，只要接上两个电容和一个晶振即可正常工作；3 .复位电路：启动后让单片机从初始状态开始执行程序；单片机最小系统硬件原理图如图4-11所示。VCCJjJ1I aO RST/VPDORXDPao OTXDPai OINT0P3.2O INTl P3.3 。T0P3.4 O Tl P3.5O WRP36- I11 O RDP3.73pfLo AL2pkr-O XTALl12McL=TO Vss0P1.60P1.7图 4-11单片机最小系统4.4摇篮控制系统软件设计系统软件部分采用模块化程序设计C语言设计方法，主要包括系统主程序、初始化模块子程序、液晶显示子程序、键盘扫描子程序、温度,湿度处理子程序、中断服务子程序等。4.4.1 主程序模块设计系统主程序实现了定时设置、电机驱动、状态显示、报警和音乐播放等控制功能。以下为主函数程序:voidmain(void)InitLcd();beep=0;ddelay(40);/*延时大约40Ms,等待外设准备好*/Initime();定时器初始化ITO=1;EXO=1;EA=I;外部中断WriteCommandLCM(OXoc);显示屏打开，光标不显示、闪烁，检测忙信号DisplayListChar(0,0,StrO);DisplayListChar(0,1,str1);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);beep=l;protemp();while(l)(keyscan();定时显示处理if(timeflag=l)distime();定时时间到，停止处理if(timeflag=l&&Settime=OO&&sec=OO)timeflag=。;ShakefIag=0;Shake=1;Soimdflag=0;keyscan();尿液检测处理if(waterag=l)beep=O;waterflag=O;DisplayListChar(0,1,str2);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);ddelay(200);beep=l;waterflag=O;)声音检测处理,启动定时器，摇动if(soundflag=l)if(timeflag=O)Iimeflag=I;distime();shakeflag=l;)温度处理及显示protemp();)外部中断处理函数voidexO(void)interrupt0(waterflag=1;)主程序流程图如下图4-12所示:图412主控程序流程图4.4.2 液晶显示模块设计/*显示指定坐标的一串字符(X=O15,Y=O-D子函数，函数名为DisplayListChar,定义X、Y为无符号字符型变量，DDate为指向Code区的无符号字符型指针变量*/voidDisplayListChar(ucharX,ucharY,ucharcode*DData)/DisplayListChar函数开始UCharLiStLength=0;定义LiStLength为无符号字符型变量，并赋初值为0