基于單片機(jī)的智能觸摸開關(guān)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文姓 名：學(xué) 號：學(xué) 院：專 業(yè)：班 級：指導(dǎo)師：開題期：專心-專注-專業(yè)摘 要隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子技術(shù)領(lǐng)域里的新概念、新器件和新方法不斷涌現(xiàn)，大眾對電子產(chǎn)品的需求量和要求的質(zhì)量和品牌的不斷更新，促使了電子技術(shù)的快速發(fā)展。為了方便快捷廣大居民，本次設(shè)計(jì)選擇了觸摸開關(guān)為研究課題。 觸摸開關(guān)，是科技發(fā)展進(jìn)步的一種新興產(chǎn)品。一般是指應(yīng)用觸摸感應(yīng)芯片原理設(shè)計(jì)的一種墻壁開關(guān)，是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵式墻壁開關(guān)的換代產(chǎn)品。能實(shí)現(xiàn)更智能化、操作更方便的觸摸開關(guān)有傳統(tǒng)開關(guān)不可比擬的優(yōu)勢，是目前家居產(chǎn)品的非常流行的一種裝飾性開關(guān)。觸摸開關(guān)是一種智能控制的墻壁開關(guān)，本

2、身需要消耗一定的電能，在待機(jī)時(shí)，智能開關(guān)待機(jī)取電是通過流過電子鎮(zhèn)流器的電流給智能墻壁開關(guān)控制電路供電；在工作時(shí)，智能開關(guān)工作時(shí)取電是通過開關(guān)斷開時(shí)的兩端壓差來取電。觸摸開關(guān)沒有金屬觸點(diǎn)，不放電不打火，大量的節(jié)約銅合金材料，同時(shí)對于機(jī)械結(jié)構(gòu)的要求大大減少。它直接取代傳統(tǒng)開關(guān)，操作舒適、手感極佳、控制精準(zhǔn)且沒有機(jī)械磨損。通過AT89C51單片機(jī)采集觸摸開關(guān)模塊的輸出高低電平，和串口無線模塊，完成主機(jī)與從機(jī)的通信工作，實(shí)現(xiàn)觸控、遠(yuǎn)距離傳輸控制繼電器的功能。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；觸摸開關(guān)；無線傳輸模塊；繼電器；目 錄第一章 緒論1.1研究背景傳統(tǒng)的開關(guān)元件開關(guān)屬于有觸點(diǎn)開關(guān)元件,但由于它有接觸

3、不良、故障率高、使用不便等缺點(diǎn),在某些要求較高的輸入電路中不能很好使用,促使設(shè)計(jì)師尋求更為理想的開關(guān)替代元件，隨著信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，一個(gè)以信息資源的采集、開發(fā)、利用為特征的信息技術(shù)革命正席卷全球，信息技術(shù)已廣泛的滲透到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，在世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。日前各個(gè)發(fā)達(dá)國家都在致力于信息化建設(shè)，以此來加速本國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)有許多關(guān)鍵的要素，如計(jì)算機(jī)、通信、集成電路、軟件和信息服務(wù)業(yè)的建設(shè)等。但是如何將人類的社會(huì)活動(dòng)和生產(chǎn)活動(dòng)與現(xiàn)代化的信息傳輸和處理手段聯(lián)系在一起也是一個(gè)重要的課題，只有解決了這個(gè)實(shí)際要求，才能使人類享受到信息技術(shù)帶來的高度的物質(zhì)文明和精神文明

4、。觸摸開關(guān)正是解決這一課題的重要研究方向之一。例如，很多汽車?yán)锏亩嗝襟w系統(tǒng)已經(jīng)取消了機(jī)械按鍵，取而代之的是電容式觸摸按鍵系統(tǒng)，方便了司機(jī)的使用，提高了汽車駕乘感受等，可見，觸摸按鍵技術(shù)是解決機(jī)械按鍵缺陷的新趨勢。1.2本設(shè)計(jì)現(xiàn)狀單片機(jī)是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）、只讀存儲(chǔ)器（ROM）、輸入/輸出端口 （I/0）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 計(jì)算機(jī)的產(chǎn)生加快了人類改造世界的步伐，但是它畢竟體積大。微計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）在這種情況下誕生了。縱觀我們現(xiàn)在生活的各個(gè)領(lǐng)域，從導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，到飛機(jī)上各種儀表的控制，從計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，到工業(yè)自動(dòng)

5、化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，以及我們生活中廣泛使用的各種智能IC 卡、電子寵物等，這些都離不開單片機(jī)。以前沒有單片機(jī)時(shí)，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會(huì)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。在單片機(jī)產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑?，我們只需要在單片機(jī)外圍接一點(diǎn)簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會(huì)擔(dān)心精度達(dá)不到了，且容易升級改善。觸摸開關(guān)按開關(guān)原理分類有電阻式觸摸開關(guān)和電容式觸摸開關(guān)，在多種技術(shù)中，電容式觸摸感應(yīng)技術(shù)已經(jīng)成為觸摸感應(yīng)技術(shù)的主流

6、，在按鍵方案上，能為產(chǎn)品帶來整體的外觀檔次提升第二章 方案論證2.1控制芯片選擇方案一：采用Atmel 公司生產(chǎn)的AT89C51 8位單片機(jī)。該單片機(jī)與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容，內(nèi)部具有32 個(gè)可編程I/O 口線、3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、八個(gè)中斷源、全雙工UART 串行通道。但是其內(nèi)部模塊較少、功能局限性大，并且內(nèi)部沒有集成模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、脈沖寬度調(diào)制模塊，使用時(shí)需要在外圍電路中額外設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換模塊和D/A 轉(zhuǎn)換模塊，增加硬件成本的同時(shí)增加了硬件故障點(diǎn)，并且增加了飛機(jī)的質(zhì)量。方案二：采用公司生產(chǎn)的MSP430系列十六位單片機(jī)。該單片機(jī)內(nèi)部具有16K 的RAM 和16K 的ROM、8

7、K 可編程Flash 存儲(chǔ)器、16 路精度為8bit/10bit/12bit 的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、8 路脈沖寬度調(diào)制（PWM）通道、若干定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1 個(gè)全雙工UART 串行通道、看門狗定時(shí)器、51 個(gè)可編程I/O 口、10 個(gè)外部事件觸發(fā)中斷引腳、超過一百個(gè)中斷源。是一款功能十分強(qiáng)大的單片機(jī)，并且內(nèi)部自帶PLL 模塊，總線頻率最高可以設(shè)置成128MHz，運(yùn)算速度快并穩(wěn)定。在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴⒉恍枰M量的采集，且不涉及PWM等功能，且從成本角度出發(fā)，本次設(shè)計(jì)使用性能適中的AT89C51單片機(jī)。2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖本次設(shè)計(jì)的觸摸開關(guān)系統(tǒng)以模塊化方式分塊設(shè)計(jì)，通過將設(shè)計(jì)分成主控制模塊，被控制

8、模塊和無線傳輸模塊，分步完成相應(yīng)模塊，最終將各個(gè)模塊整合到一起，完成設(shè)計(jì)，最終進(jìn)行總體調(diào)試。從控制芯片和硬件電路的綜合角度確立了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，其中主控模塊包括觸摸開關(guān)模塊，單片機(jī)控制模塊，繼電器控制燈光的執(zhí)行模塊，電源模塊以及無線發(fā)射模塊等部分，如圖2.1所示：電源模塊無線發(fā)射模塊AT89C51 8位單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊觸摸開關(guān)模塊繼電器控制燈光模塊圖2.1主控模塊系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖被控制模塊主要是對無線接收裝置收到主控模塊的指令進(jìn)行處理解析，從而控制繼電器燈光模塊，因此被控制模塊不必使用觸摸開關(guān)模塊，所以被控模塊主要包括觸無線接收模塊，單片機(jī)控制模塊，繼電器控制燈光的執(zhí)行模塊以及電源模塊等部分，

9、如圖2.2所示：電源模塊AT89C51 8位單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊繼電器控制燈光模塊無線接收模塊圖2.2被控模塊系統(tǒng)總設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.3 本章小結(jié)本章在對觸摸開關(guān)系統(tǒng)的控制方案選擇進(jìn)行了分析、對比，確定了單片機(jī)的類型、控制核心方案。本章所確定的各個(gè)模塊為后續(xù)章節(jié)的硬件設(shè)計(jì)提供了研究的對象和模型。第三章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1智能觸摸開關(guān)控制系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)主要由AT89C51單片機(jī)控制芯片，12M晶振和30p電容電路、阻容復(fù)位電路，觸摸開關(guān)模塊電路、三極管和繼電器組成的執(zhí)行電路以及無線收發(fā)模塊電路。3.2單片機(jī)系統(tǒng)介紹AT89C51 為 ATMEL 所生產(chǎn)的可電氣燒錄清洗的 8051 相容單芯片，其內(nèi)部

10、程序代碼容量為4KB。AT89C51主要功能列舉如下： 1、為一般控制應(yīng)用的 8 位單芯片 2、晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 3、內(nèi)部程式存儲(chǔ)器（ROM）為 4KB 4、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）為 128B 5、外部程序存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 6、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64KB 7、32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨(dú)做 I/O 的控制 8、5 個(gè)中斷向量源 9、2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器 10、1 個(gè)全多工串行通信端口 11、8751 及 8752 單芯片具有數(shù)據(jù)保密的功能 12、單芯片提供位邏輯運(yùn)算指令實(shí)物如圖3.1所示:圖3.1單片機(jī)實(shí)物圖3.2.1

11、復(fù)位方式單片機(jī)復(fù)位方式有兩種1) 手動(dòng)按鍵復(fù)位：單片機(jī)RESET引腳得到兩個(gè)時(shí)鐘周期的高電平后進(jìn)行復(fù)位，及手動(dòng)操作復(fù)位， 2) 2.上電復(fù)位：單片機(jī)上電壓從無到有在RESET處會(huì)先處于高電平一段時(shí)間，然后由于該點(diǎn)通過電阻接地則RESET該點(diǎn)的電平會(huì)逐漸的改變?yōu)榈碗娖?，從而使得單片機(jī)復(fù)位口電平從1到0，達(dá)到給單片機(jī)復(fù)位的功能。這樣一種復(fù)位方式就是所謂上電復(fù)位。3) 復(fù)位電路如圖3.2示：圖3.2位電路圖3.2.2時(shí)鐘電路單片機(jī)的運(yùn)行離不開時(shí)鐘電路，通過始終電路給單片機(jī)提供脈沖信號，俗稱“拍”來保證單片機(jī)按照時(shí)序工作，時(shí)鐘電路由晶振，電阻，和電容組成，為了保證單片機(jī)抗干擾功能更好，使用22PF的電

12、容對脈沖信號進(jìn)行過濾，同時(shí)采用16M晶振保證晶振的可靠起振，保證單片機(jī)上電后起振順利。本次設(shè)計(jì)始終電路如圖3.3示：圖3.3鐘電路圖3.2.3最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)芯片，時(shí)鐘電路以及復(fù)位電路所組成，本次設(shè)計(jì)最小系統(tǒng)電路圖如圖3.4示：圖3.4小系統(tǒng)電路圖3.3 觸摸開關(guān)電路本次采用的觸摸開關(guān)為基于TTP224觸控芯片的觸摸模塊，如圖3.5示圖3.5TP224觸控開關(guān)模塊實(shí)物圖TTP224觸控開關(guān)模塊提供4個(gè)觸摸輸入端口及4個(gè)直接輸出端口，提供直接輸出模式,觸發(fā)模式,開漏輸出, CMOS高電平有效或低電平有效輸出，便于單片機(jī)的IO口進(jìn)行采集，處理。模塊電路圖如圖3.6示：圖3.6TP

13、224觸控開關(guān)模塊原理圖3.4 CC1101無線傳輸模塊本次設(shè)計(jì)裝置使用的無線傳輸模塊為CC1101無線傳輸模塊，如圖3.7示：圖3.7CC1101無線傳輸模塊實(shí)物圖該模塊通信頻率為434MHz，采用半雙工工作方式，并且不限制單詞發(fā)送的字節(jié)數(shù)，具有待機(jī)空閑工作方式，工作電流僅3.5mA，且傳輸速度快，該模塊具有4種串口透傳方式，各個(gè)模式都是只管收發(fā)串口數(shù)據(jù)即可，且工作距離遠(yuǎn)，空曠地帶可達(dá)200米以上，便于系統(tǒng)后期整體調(diào)制，CC1101無線模塊原理圖如圖3.7所示：圖3.8C1101無線傳輸模塊電路圖3.5 繼電器執(zhí)行模塊本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最終表現(xiàn)方式為通過單片機(jī)控制繼電器，從而控制燈光的開閉，單片

14、機(jī)的IO口輸出功率為電壓型信號，驅(qū)動(dòng)能力及其微弱，因此需要使用一個(gè)S8050三極管來作為繼電器的驅(qū)動(dòng)電路，從而控制LED燈光電路。繼電器執(zhí)行模塊電路如圖3.9示：圖3.9電器執(zhí)行模塊電路圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1主機(jī)程序流程圖系統(tǒng)初始化后等待按鍵按鍵按下，單片機(jī)自動(dòng)讀取按鍵的信息識(shí)別是哪個(gè)按鍵給的操作，然后根據(jù)設(shè)定程序?qū)?shù)據(jù)送給發(fā)送函數(shù)，將數(shù)據(jù)從無限模塊發(fā)送出去，系統(tǒng)的軟件整體流程圖如圖4.1所示：開始程序初始化無線模塊初始化等待按鍵發(fā)送按鍵指令讀取按鍵值結(jié)束圖4.1主程序流程圖4.2從機(jī)程序流程圖從機(jī)系統(tǒng)接收來自主機(jī)的數(shù)據(jù)好解碼對應(yīng)按鍵繼電器動(dòng)作基本流程圖如圖4.1所示：開始程序初始化無線模塊

15、初始化等待數(shù)據(jù)包繼電器控制讀取數(shù)據(jù)包結(jié)束第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)本設(shè)計(jì)基于89C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了觸摸開關(guān)的設(shè)計(jì)。功能實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的標(biāo)準(zhǔn)。在經(jīng)過一段時(shí)間的學(xué)習(xí)之后，我們需要了解自己的所學(xué)應(yīng)該如何應(yīng)用在實(shí)踐中，因?yàn)槿魏沃R(shí)都源于實(shí)踐，歸于實(shí)踐，所以要將所學(xué)的知識(shí)在實(shí)踐中來檢驗(yàn)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，在老師的指導(dǎo)下，通過自身的不斷努力，無論是思想上，學(xué)習(xí)上，都取得了長足的發(fā)展和巨大的收獲，學(xué)會(huì)用科學(xué)的精神去解決問題。很多事情看起來是很簡單的問題，但實(shí)際做起來就不簡單了。運(yùn)用科學(xué)的方法去解決問題，這是我這次實(shí)訓(xùn)給我?guī)淼乃枷肷系母淖?。學(xué)習(xí)上，使自已在大學(xué)所以的知識(shí)在這次得到實(shí)踐

16、，學(xué)到一些書本上無法學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)，對單片機(jī)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。觸摸開關(guān)是信息化時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，應(yīng)時(shí)而生，我相信隨著科技的不斷發(fā)展，將來的觸摸開關(guān)一定更加完美，更加人性化，更加便宜，更加安全。參考文獻(xiàn)1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)(簡明修訂版)M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.高等教育出版社，20033 PROTEL99 SE電路設(shè)計(jì)與制板M.機(jī)械工業(yè)出版社，20074 楊將新，李華軍，劉到駿等.單片機(jī)程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用（從基礎(chǔ)到實(shí)踐）J電子工業(yè)出版 社，20065 Steven F.Barrett.Daneil J.Pack.Embedded System

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18、3 劉守義.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2002:68-69.14 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)M.3.版.北京:清華大學(xué)出版社,2005:54-80.附錄1主機(jī)電路圖附錄2從機(jī)電路圖附錄3主機(jī)程序代碼 內(nèi)容：連接好串口或者usb轉(zhuǎn)串口至電腦，下載該程序，打開電源 打開串口調(diào)試程序，將波特率設(shè)置為9600，無奇偶校驗(yàn) 晶振11.0592MHz，發(fā)送和接收使用的格式相同，如都使用 字符型格式，設(shè)置正確后接受框可以看到UART test，#include /包含頭文件，一般情況不需要改動(dòng)，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 #includedelay.hsbit S1=P20;sbit

19、S2=P21;sbit S3=P22;sbit S4=P23;sbit J =P27;/*- 函數(shù)聲明-*/void SendStr(unsigned char *s);void SendByte(unsigned char dat);/*- 串口初始化-*/void InitUART (void) SCON = 0x50; / SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收 TMOD |= 0x20; / TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit 重裝 TH1 = 0xFD; / TH1: 重裝值 9600 波特率 晶振 11.0592MHz TR1 = 1; /

20、TR1: timer 1 打開 EA = 1; /打開總中斷 /ES = 1; /打開串口中斷 /*- 主函數(shù)-*/void main (void) InitUART(); J=1;while (1) if(S1=1) DelayMs(50); if(S1=1) while(S1=1); J=J; SendByte(1); if(S2=1) DelayMs(50); if(S2=1) while(S2=1); SendByte(2); if(S3=1) DelayMs(50); if(S3=1) while(S3=1); SendByte(3); if(S4=1) DelayMs(50); if(S4=1) while(S4=1); SendByte(4); J=J; /*- 發(fā)送一個(gè)字節(jié)-*/void SendByte(unsigned char dat) SBUF = dat;