時(shí) 謙，岳劍云，李雪蓮

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)械交通學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

0 引言

紫外線消毒殺菌的用途很廣，比如在辦公室、幼兒園、火車(chē)站、醫(yī)院、電影院等公共場(chǎng)所，紫外線可以消菌殺毒，消除異味，并且還能產(chǎn)生豐富的負(fù)氧離子。在污水處理方面，經(jīng)過(guò)紫外線消毒殺菌的污水，可以直接用于農(nóng)田灌溉等。在很多公共場(chǎng)合，利用紫外線消毒殺菌后，可以消除很多經(jīng)過(guò)空氣介質(zhì)傳播或經(jīng)過(guò)物體表面?zhèn)鞑サ募?xì)菌。

紫外線殺菌燈實(shí)際上屬于一種低壓汞燈，它是利用較低汞蒸汽壓（＜10-2Pa）被激化而發(fā)出紫外光。強(qiáng)烈的紫外線會(huì)殺死很多細(xì)胞，所以在使用其消毒的時(shí)候一要不能使紫外線直接照射到人的皮膚，尤其是人的眼睛，而目前的紫外線殺菌燈以固定不可移動(dòng)為主，在紫外線殺菌燈工作時(shí)想要讓其在殺菌場(chǎng)地移動(dòng)必須要專人現(xiàn)場(chǎng)控制。為此研究與設(shè)計(jì)智能紫外線殺菌機(jī)為一些公眾場(chǎng)合殺菌具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

1 智能紫外線殺菌機(jī)結(jié)構(gòu)組成

本設(shè)計(jì)由系統(tǒng)控制部分、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分、無(wú)線控制部分、24C16數(shù)據(jù)記憶部分等組成，該控制系統(tǒng)部分的芯片使用了AT MEL公司的AT89C51單片機(jī)。首先通過(guò)無(wú)線遙控器控制殺菌機(jī)的移動(dòng)，然后將殺菌機(jī)之前的移動(dòng)路線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到24C16芯片當(dāng)中，當(dāng)再次開(kāi)機(jī)時(shí)單片機(jī)讀取存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，完成上次殺菌機(jī)的移動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)紫外線殺菌機(jī)自動(dòng)移動(dòng)的目的。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)先通過(guò)無(wú)線遙控部分遙控移動(dòng)并設(shè)定殺菌機(jī)執(zhí)行的殺菌工作路線，并將數(shù)據(jù)存入到24C16芯片當(dāng)中，再采用系統(tǒng)控制部分的AT89C51單片機(jī)對(duì)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)按照要求處理［1-3］，并按照實(shí)際要求給該系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分發(fā)送控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，最后達(dá)到紫外線殺菌機(jī)的自動(dòng)行走的目的。設(shè)計(jì)的智能紫外線殺菌機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 智能紫外線殺菌機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

1.1.1 無(wú)線控制模塊

四鍵遙控器和超再生固定碼接收模塊可以組成4路無(wú)線發(fā)射接收電路，遙控器的4位數(shù)據(jù)碼對(duì)應(yīng)模塊的4路輸出，可以方便地組成無(wú)線遙控發(fā)射接收電路，其廣泛適用于家庭、工業(yè)遙控類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，可很好地作為單片機(jī)的信號(hào)輸入源。非鎖型輸出又稱點(diǎn)動(dòng)輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時(shí)的而且與發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)，可用于類似點(diǎn)動(dòng)的控制，有遙控信號(hào)時(shí)數(shù)據(jù)腳為高電平，當(dāng)遙控信號(hào)消失時(shí)數(shù)據(jù)腳立即恢復(fù)為低電平，與單片機(jī)對(duì)接只需要一個(gè)高電平的電路，設(shè)計(jì)的無(wú)線控制模塊如圖2所示。

1.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

系統(tǒng)使用L298n驅(qū)動(dòng)電路作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，L298n可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，且L298n需要從外部接兩個(gè)電壓，一個(gè)提供給電機(jī)，另一個(gè)給L298芯片。為此在本設(shè)計(jì)中采用12 V供電，其一部分給無(wú)線控制模塊供電，另一部分經(jīng)過(guò)7805芯片輸出5 V電壓給L298n、單片機(jī)與電機(jī)供電，這樣可以加大電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，減少電池的使用數(shù)量。在本設(shè)計(jì)中采用帶有減速箱的電機(jī)，電機(jī)在不通電的情況下一般不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以沒(méi)有采用光電耦合器隔開(kāi)，以免影響控制部分電源的品質(zhì)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖3所示。

圖2 無(wú)線控制模塊

圖3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路

1.1.3 24C16存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)模塊

本設(shè)計(jì)芯片是AT MEL42024C16 AN SI18 A，斷電永久保存數(shù)據(jù)。

24C16支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，該總線協(xié)議規(guī)定：發(fā)送器是一種可以將任何數(shù)據(jù)傳送到總線的器件，接收器是一種可以從總線接收任何數(shù)據(jù)的器件，而且產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號(hào)的主器件來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳送。存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)模塊電路如圖4所示。

圖4 存儲(chǔ)器驅(qū)動(dòng)模塊電路

1.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件是將上述的功能按照模塊子程序的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)和完成系統(tǒng)的要求。所設(shè)計(jì)的子模塊主要包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序、24C16存儲(chǔ)子程序、鍵盤(pán)輸入子程序等。系統(tǒng)上電時(shí)，啟動(dòng)、判斷記憶按鍵是否按下，如果沒(méi)有則讀取存儲(chǔ)器24C16中的數(shù)據(jù)，執(zhí)行之前記憶的路線數(shù)據(jù)；否則記錄新一輪的路線數(shù)據(jù)，記錄完畢則開(kāi)啟保存退出鍵將數(shù)據(jù)存入24C16中［4，5］。

1.2.1 控制軟件流程圖

控制軟件流程圖如圖5所示。

圖5 控制軟件流程圖

1.2.2 部分主程序

部分主程序如下：

2 系統(tǒng)調(diào)試

本設(shè)計(jì)用Keil軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，先搭建仿真圖，再逐一進(jìn)行各模塊程序設(shè)計(jì)。將Keil生成的hex文件加載到Protues中進(jìn)行程序聯(lián)調(diào)，逐一解決遇到的問(wèn)題直至完全成功。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，此次設(shè)計(jì)的智能紫外線殺菌機(jī)基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，Proteus軟件仿真圖如圖6所示。

圖6 Proteus軟件仿真圖

依據(jù)調(diào)試成功的仿真圖，在Proteus軟件中生成了該設(shè)計(jì)的PCB板，然后制成電路板并進(jìn)行電器元器件的焊接，最后利用STC專用下載器，將程序的hex文件燒錄到單片機(jī)，智能紫外線殺菌機(jī)的實(shí)物圖如圖7所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室中調(diào)試運(yùn)行，本設(shè)計(jì)的智能紫外線殺菌機(jī)基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

圖7 智能紫外線殺菌機(jī)實(shí)物圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)仿真、調(diào)試，本設(shè)計(jì)基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)單、可靠，系統(tǒng)成本低，在硬件自動(dòng)測(cè)試、鍵盤(pán)操作方面都比較好。但是由于條件有限，設(shè)計(jì)成果并不是很完美，還存在以下問(wèn)題：

（1）所選電路板全是分立元件，體積較大，理想狀態(tài)是以貼片元件代替，縮小體積，以易于生產(chǎn)。

（2）由于是在實(shí)驗(yàn)室中控制模擬，對(duì)于真實(shí)的條件，該系統(tǒng)還有待于考驗(yàn)。

［1］馬云峰.單片機(jī)與數(shù)字溫度傳感器DS18B20的接口設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2002，10（4）：278-280.

［2］魏英智.DS18B20在溫度控制中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2005，18（3）：92-93.

［3］黃小波.基于AT89S52單片機(jī)與DB18B20的溫度監(jiān)控系統(tǒng)［J］.單片機(jī)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，2008，24（10）：119-120.

［4］王東鋒，王會(huì)良.單片機(jī)C語(yǔ)言應(yīng)用100例［M］.西安：電子工業(yè)出版社，2009.

［5］李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.