江蘇常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 韓迎輝

電動按摩床的單片機控制系統(tǒng)

江蘇常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 韓迎輝

本文主要介紹電動按摩床控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計，具體給出了硬件電路組成、軟件功能劃分，以及系統(tǒng)軟硬件控制功能的實現(xiàn)方法。本電動按摩床控制系統(tǒng)實現(xiàn)了多級振動控制、定位信息自動存儲等功能，并具有控制功能靈活、使用方便、性價比高的特點。

電動按摩床 單片機

一、前言

本文介紹的電動按摩床控制系統(tǒng)，是用單片機作主控制器，按摩床控制模式包括床體的升降控制、振動控制和床體的位置記憶。以上控制方式通過手控器上的3個模式選擇鍵進(jìn)行選擇：MEM（存儲模式），MES（振動模式），ADJ（升降模式）。手控器與單片機之間的連接方式分有線連接和無線連接兩種。

升降控制分背部升降和足部升降，分別由兩個推桿電機進(jìn)行控制；振動控制也分背部振動和足部振動兩種情況，由兩個振動電機進(jìn)行控制。升降及振動位置由手控器上的back（背部）、foot（足部）鍵進(jìn)行選擇，振動按摩的力度可分十個檔位進(jìn)行調(diào)節(jié)，手控器上的Up/ Down按鍵可增加/減少一個檔位。

在存儲模式下，分別按動手控器上的S1、S2、S3鍵，可將當(dāng)前床體位置作為記憶值（位置1、位置2、位置3）存儲到EEPROM存儲器中。而在升降模式下，按S1、S2、S3鍵，可將床體位置調(diào)整到被記憶過的3個位置上。

二、控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)的硬件主要由主控制器、脈沖定位控制部分、分級電壓輸出電路、無線接收部分、手控器接口和EEPROM存儲器接口等組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1．主控制器

主控制器使用AT89S52單片機。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器，使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，也可使用常規(guī)編程器編程。

2．脈沖定位控制部分

電動按摩床的升降運動分足部升降和背部升降，分別由推桿電機A和推桿電機B控制。推桿電機可正反轉(zhuǎn)運行，經(jīng)絲桿、變速箱帶動推桿伸縮，從而控制足部的升降和背部的升降。電動床推桿電機及傳動機構(gòu)如圖2所示。

電動按摩床升降位置的定位控制，是通過單片機對連接在電機尾部的脈沖發(fā)生器（PG）進(jìn)行計數(shù)實現(xiàn)。

脈沖發(fā)生器是在推桿電機軸上安裝一個圓盤，圓盤的圓周上均勻分布n個凸塊，在圓盤附近固定一個光電傳感器（槽形光耦），當(dāng)圓盤旋轉(zhuǎn)一周，光電傳感器輸出n個脈沖，此脈沖加到單片機引腳上，單片機通過計數(shù)得到脈沖個數(shù)（正轉(zhuǎn)時增計數(shù)，反轉(zhuǎn)時減計數(shù)），可知推桿電機轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，最終可計算出推桿伸縮的位移，從而實現(xiàn)升降位置的精確定位。

其中，足部脈沖加到單片機INT0引腳，背部脈沖加到單片機INT1引腳。

圖2 電動床推桿電機及傳動機構(gòu)

3．分級電壓輸出電路

電動按摩床振動力度的調(diào)節(jié)，通過分級控制振動電機的電壓實現(xiàn)，振動強度分10檔，每按手控器上的Up/ Down按鍵一次可增加或減少一個檔位。調(diào)節(jié)電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 電壓調(diào)節(jié)電路框圖

單片機輸出4位碼經(jīng)4028（BCD—十進(jìn)制譯碼器芯片）的Q0～Q9輸出，控制十路光耦的輸入端，使其中的一路導(dǎo)通，該光耦輸出回路中的電阻（R0～R9中的一個，其阻值各不相同）被并入RB電阻兩端，控制LM317T輸出至振動電機線圈的電壓發(fā)生變化，以控制振動電機的振動強度。利用Up/ Down按鍵改變單片機4位輸出碼，并入電阻在R0～R9之間切換，進(jìn)而使LM317T輸出電壓值可調(diào)，使振動強度發(fā)生變化。

4028的輸入、輸出狀態(tài)如表1所示。

表1 4028的輸入、輸出狀態(tài)

4．無線接收部分

手控器工作在無線控制模式下，通過無線發(fā)送方式傳遞控制信息，單片機通過無線接收電路接收控制信號。單片機的無線接收電路采用超外差方式，通過單片機T0中斷接收，此種方式可繞過一定障礙物，接收范圍較寬，但對時序有較高的要求，受現(xiàn)場干擾較大，需要在單片機的軟件中進(jìn)行抗干擾處理。

5．手控器接口

當(dāng)手控器接上連接線，可作有線控制器，此時，利用單片機的串行口作手控器接口，其中RXD引腳作輸入，TXD引腳作輸出。使用時，手控器與主控器間要進(jìn)行對碼。

6．EEPROM 存儲器接口

EEPROM存儲器，用于存儲位置定位信息，其中包括2個推桿電機的位置信息。每次系統(tǒng)上電后，單片機通過讀EEPROM存儲器獲取所存的定位信息；單片機也可將新的位置信息寫入EEPROM存儲器。定位信息最多可同時存儲3個記憶位置和1個當(dāng)前位置數(shù)據(jù)。

EEPROM存儲器采用AT24LC04芯片，該芯片為I2C器件，具有512×8位的存儲容量，引腳排列如下圖所示，其中A0、A1和A2是地址選擇輸入端，SCL串行時鐘線，SDA串行數(shù)據(jù)線。

AT89S52單片機不帶I2C總線，因此必須根據(jù)I2C總線的時序用單片機的I/O口模擬I2C總線時序?qū)崿F(xiàn)其功能。

本系統(tǒng)中用單片機的P0.1與芯片的SCL相連，單片機的P0.2和SDA相連；單片機通過P0.1的高低電平得到控制I2C的虛擬時鐘，P0.2作數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p向端口，為單片機和AT24LC04之間提供數(shù)據(jù)線，電路連接如圖4所示。

圖4 AT89S52單片機與AT24LC04的接口

三、控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)共使用了五個中斷源。它們分別作以下用途：

T0：無線接收中斷

T1：定時中斷

INT0：背部升降控制處理

INT1：足部升降控制處理

串行口：有線接收中斷

控制系統(tǒng)的軟件由主程序、各中斷源的中斷服務(wù)程序、以及子程序組成。

1．主程序流程

主程序主要完成系統(tǒng)初始化、讀EEPROM、通信口檢測、掃描鍵盤、鍵處理、寫EEPROM等功能。流程如圖5所示。其中讀寫EEPROM和鍵處理操作通過子程序?qū)崿F(xiàn)。

2．系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化主要完成中斷源初始化、通信口初始化、輸出狀態(tài)初始化等工作。

3．讀寫EEPROM

單片機對EEPROM存儲器中所存的定位信息進(jìn)行讀取和重新寫入。

4．通信口檢測

讀串行口狀態(tài)，判斷手控器的操作方式（無線或有線），并根據(jù)不同的操作方式，對電動床進(jìn)行控制。

圖5 主程序流程

5．掃描鍵盤與鍵處理

判斷有無鍵按下，有鍵按下進(jìn)而判斷按鍵位置并進(jìn)行鍵功能的處理。

需處理的按鍵包括3個模式選擇鍵：MEM、MES、ADJ；2個位置選擇鍵back、foot；2個振動按摩力度調(diào)節(jié)鍵UP、DOWN；3個存儲選擇鍵S1、S2、S3鍵。

四、結(jié)束語

由于AT89S52單片機內(nèi)部資源被充分使用，因此本系統(tǒng)具有很高的性價比。作者參與了電動按摩床控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試工作，針對如何解決抗干擾這一問題，除了軟件抗干擾之外，在硬件上也采取了相應(yīng)的措施，首先在電源回路中采用環(huán)形變壓器加扼流圈，在電機兩端加阻容濾波器，對脈沖發(fā)生器電路增加硬件消抖處理，以提高計數(shù)精度。本電動按摩床控制系統(tǒng)經(jīng)過實際運行證明，系統(tǒng)控制功能可靠，使用方便，完全能符合用戶的要求。

[1]一種智能無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).西北師范大學(xué)學(xué)報，2008年第2 期.佘乾順，馬勝前等

[2]用數(shù)字集成電路實現(xiàn)時序邏輯電路的功能.電子工程師.1999年第5期.涂金龍