基于51單片機的智能干手器設計與制作

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1設計意義..................................................................................................................2

2總體設計方案..........................................................................................................2

2.1產(chǎn)品功能分析及整體框圖設計....................................................................2

2.2主要部件的選型............................................................................................2

3硬件電路設計..........................................................................................................3

3.1硬件電路的設計原理.....................................................................................3

3.2硬件設計的系統(tǒng)框圖.....................................................................................4

3.3硬件電路的設計介紹.....................................................................................4

3.3.1單片機STC89C51介紹........................................................................4

3.3.2光電傳感器電路...................................................................................6

3.3.3液晶顯示電路......................................................................................7

3.3.4繼電器電路..........................................................................................9

3.3.5時鐘電路............................................................................................11

4電路原理圖及PCB板設計....................................................................................11

5軟件設計................................................................................................................13

5.1軟件設計介紹..............................................................................................13

5.2主程序的設計..............................................................................................13

6系統(tǒng)制作................................................................................................................14

7實物作品操作效果及指引圖.................................................................................14

7.1實物作品展示..............................................................................................14

7.2實物作品操作演示.......................................................................................15

8結論........................................................................................................................18

9附錄........................................................................................................................19

1

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

基于51單片機的智能干手器設計與制作

1設計意義

如今這年代我們日益重視健康。我們通常用洗手控制細菌擴散，但是許多

人往往會忽視洗干凈手，使手變得干燥這一環(huán)節(jié)，由此造成洗手效果下降，所

以，大家有必要重視洗手之后的干手環(huán)節(jié)。而且自動干手器不只是可以干手，

同時具備衛(wèi)生等性質，從而受到了大家的喜愛。

自動干手器屬高檔衛(wèi)生潔具，它能代替毛巾，紙巾，對于手部的晾曬。本

實用新型節(jié)能環(huán)保、人性化等優(yōu)勢，該設計以51單片機實現(xiàn)智能控制，采用51

單片機與紅外光電傳感器相結合，設計了一種干手器，該干手器具有能自動感

知人手接近與脫離，可通過液晶顯示目前的時間及干手器的運行時間，也可由

按鍵可進行開關選擇，輸出冷風還是熱風，分別適應各種溫度天氣。

本設計具有方案設計可行性，同樣有一定市場前景。對于自身來說，學習

這門學科能夠將大學里學到的專業(yè)知識加以消化。

2總體設計方案

2.1產(chǎn)品功能分析及整體框圖設計

該設計是由紅外感應傳感器來得到的印證，當用手實現(xiàn)傳感器的輸出信號

的時候，發(fā)出的紅外線脈沖折射回來。紅外線能收=收到后轉化為電信號并放大，

所得方波信號變換到I/O口，為了實現(xiàn)人體信號獲取。當單片機能察覺到人體

信號的時候，用軟件來控制顯示屏的倒計時間，并利用繼電器關閉控制風扇開

關，實現(xiàn)了智能干手器設計。

2.2主要部件的選型

主控芯片:STC89C51單片機被選為主控芯片，以確保系統(tǒng)的高效運行。其中

包括電源管理模塊和時鐘電路模塊。STC89C51是宏晶科技公司所推出的一款高

性能、低功耗的八位CMOS微處理器，其內置8k在線編程Flash存儲器，為用

戶提供卓越的微處理器體驗。該單片機能夠實現(xiàn)對電機轉速的控制以及對電流

電壓信號的檢測和處理，并且還能通過串口與上位機通訊來完成各種控制參數(shù)

2

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

的設定等工作。STC89C51,單片機的核心采用了MCS-51,內核，該內核與MCS-51,

完全兼容。然而，隨著單片機的升級，芯片具備了許多傳統(tǒng)51,單片機所不具

備的功能，例如該芯片還擁有4K的EEPROM存儲。當需要使用掉電存儲數(shù)據(jù)時，

只需直接使用單片機內部的存儲，無需在外接存儲芯片進行存儲。另外由于該

芯片有多種外設接口，因此還能夠實現(xiàn)一些復雜的控制和管理功能。STC89C51

單片機是一款開發(fā)簡單、支持在線編程下載、成本低廉的理想之選。

顯示器件：采用LCD1602液晶顯示屏。LCD1602液晶又叫LCD1602字符型液

晶。液晶顯示功能強大，可以同時顯示出16*2即32個字符，可包括數(shù)字、字

母、符號、或者自定義字符。LCD1602液晶顯示器中的每一個字符都是由5*7的

點陣組成。LCD1602采用并行數(shù)據(jù)傳輸也可以采用串行數(shù)據(jù)傳輸，控制簡單，和

市面上的大多基于HD44780液晶的控制原理完全相同。

人機交互輸入器件：采用矩陣鍵盤作為輸入設備。矩陣鍵盤通過將按鍵的

兩端分別接到行線和列線上，然后將每一條行線和列線連接到單片機上，通過

程序算法進行讀取按下的是哪一個按鍵按下。這樣做雖然增加了程序算法的難

度，但是節(jié)約了單片機I/O口的使用。

3硬件電路設計

3.1硬件電路的設計原理

本產(chǎn)品利用51單片機完成整個控制流程并利用紅外感應來對人體信號來收

集，進而可以獲得人體信號的采集。在單片機能探測人體信號時，利用軟件操

縱液晶顯示倒計時間和操縱繼電器關閉以達到切換負載以設計智能干手器產(chǎn)品。

3

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

3.2硬件設計的系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)的主要設計框圖如圖所示。

3.1硬件設計的系統(tǒng)框圖

3.3硬件電路的設計介紹

3.3.1單片機STC89C51介紹

STC89C51主要功能

主要功能特性

與MCS51兼容是指令系統(tǒng)4K可以重復擦寫FlashROM

32個雙向I/O口256x8bit內部RAM

2個可編程定時器中斷時鐘頻率為0-24MHz

2個串行中斷可編程的UART串行通道

2個外部中斷源共6個中斷源

2個讀寫中斷口線3級加密位

低能耗空閑以及掉電模式軟件設置了睡眠功能與喚醒功能

U1

140

P10VCC

239

P11P00

338

P12P01

437

P13P02

536

P14P03

635

P15P04

734

P16P05

833

P17P06

932

RESETP07

1031

P30/RXDEA/VP

1130

P31/TXDALE/P

1229

P32/INT0PSEN

1328

P33/INT1P27

1427

P34/T0P26

1526

P35/T1P25

1625

P36WRP24

1724

P37/RDP23

1823

X2P22

1922

X1P21

2021

GNDP20

STC89C52

圖3.2STC89C51DIP封裝圖

4

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

單片機要求時鐘，復位等、電源和其他元件，能使單片機始終工作在安全

狀態(tài)。為了提高其安全性和穩(wěn)定性，必須要使用一種特殊結構的芯片來完成這

些任務。把最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)中的一個主要組成部分，通過其存儲器的擴

展，A/D擴展等等，使得單片機能夠執(zhí)行更多復雜功能用。

由STC89C51單片機組成的最小系統(tǒng)，操作方便，可靠性高。本文介紹了它

在一個小功率的微型電機控制系統(tǒng)中的使用方法及軟硬件設計思想。

圖3.3單片機最小系統(tǒng)原理框圖

（1）時鐘電路

STC89C51單片機的生成模式主要分為兩種：其中之一就是外部時鐘方式，

其中之一就是內部時鐘方式。前者由單片機控制其輸出端工作，后者則采取中

斷方式來完成。內部時鐘方式如下圖可示。這種方式需要用芯片自身來提供定

時功能，而外部時鐘方式則可以使用單片機本身自帶的定時器。本單片機內設

有振蕩電路，只需將晶振外接單片機XTAL2,XTAL1的引腳即可，于是成了自激

振蕩器，便在單片機中生成時鐘脈沖信號。如果用上述方法來產(chǎn)生內部時鐘方

式的時鐘時，則需要使用電阻或電位器等元件組成振蕩器。下圖中電容C1、C2

功能用于快速起振，穩(wěn)定速率。

圖3.4STC89C51外部時鐘電路

（2）復位電路

復位操作是當進行完單片機片內電路初始化工作后，會使單片機在原定的

狀態(tài)下進行啟動。當RST持續(xù)處于高電平時，要求在復位之后，能從復位狀態(tài)

中分離出來。

除上電復位外，有時還需要按鍵進行人工復位，脈沖式復位采用的是電阻

5

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

分壓電路。電平復位由RST端與Vcc連接完成。

按照這一要求，此處使用電平按鈕復位方式。通電后因電容而充電，使得RST

在一段時間內保持高電平。單片機已經(jīng)處于工作中的時候，按下復位鍵，RST還

可以在一定時間內保持高電平，由此達到上電和開關復位動作。一般我們會采

用電容值為10~30μF的，電阻值為10kΩ的。

圖3.5STC89C51復位電路

（3）STC89C51最小系統(tǒng)電路

圖3.6STC89C51單片機最小系統(tǒng)設計

3.3.2光電傳感器電路

通過將光強度的變化轉化為電信號的變化，光電開關得以實現(xiàn)對光強度的

控制。它可以用光電轉換元件作為傳感部件，也可以用光敏器件作傳感器，但

后者又比前者簡單得多。通常情況下，光電開關由發(fā)送器、接收器和三個組成

6

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

部分構成，它們相互協(xié)作，共同實現(xiàn)開關的功能進行電路探測。

當手伸向干手器下方時，光電開關檢測到紅外線脈沖被反射回來，隨后被

紅外接收管接收并轉化為電信號，隨后經(jīng)過運放進行信號放大，得到的方波信

號被輸送至單片機,從而實現(xiàn)對人體信號的采集。光電開關電路接口設計如下圖

3.5所示。

圖3.7光電開關電路接口設計

3.3.3液晶顯示電路

本設計中采用了LCD1602A作為顯示電路，LCD1602A為工業(yè)字符型液晶產(chǎn)品，

可同時顯示16x02(32字符)。它可以將圖像和文字信息進行疊加，具有很高的

實用價值。（16列2行）。由于它具有分辨率高、色彩豐富等優(yōu)點而被廣泛地

應用于各種設備的控制系統(tǒng)上。在我們的日常生活中，液晶顯示器是一種廣為

人知的設備。它主要應用于家庭和辦公室的各種儀表上。LCD1602實物圖如下所

示。

圖3.8LCD1602實物圖

（1）引腳說明：

第1腳：VSS為地電源。

第2腳：VDD接5V正電源。

7

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接通正電源時，對比度最小，接

地后對比度最高，不能對比度過大。

第4腳：RS為寄存器選擇的，當高電平時為數(shù)據(jù)寄存器、低電平時則為指

令寄存器。

第5腳：讀操作是高電平進行的，寫操作是以低電平進行的。除了閱讀命

令外，您可以對此數(shù)據(jù)進行其他處理。在RS與R/W一起是低電平的情況下，指

令可以是寫入的，也可以是地址顯示的，當RS為低電平、R/W為高電平，能讀

出忙信號，當RS為高電平R/W為低電平，可以寫數(shù)據(jù)。

第6腳：E端是使能端，當E端從高電平轉換為低電平時，液晶模塊將執(zhí)行

命令。

第7~14腳：D0~D7為八位雙向數(shù)據(jù)線。

第15腳：背光源正極。

第16腳：背光源負極。

（2）顯存地址與顯示屏的對應關系

圖3.91602內部顯示地址

8

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

（3）LCD1602液晶顯示電路接口設計

圖3.10液晶顯示電路接口設計

3.3.4繼電器電路

（1）繼電器簡介

繼電器為電子控制器件如下圖所示。它有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被

控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），經(jīng)常作用于自動控制電路中，它其實是用較小的

電流去控制較大的電流的一種“自動開關”。因而在電路中起到自動調節(jié)，安

全保護和轉換電路的功能。

圖3.11繼電器原理圖

當繼電器內線圈的兩端接收到電壓時，線圈內的電流便會穿過，從而引發(fā)

電磁效應。此時，銜鐵會被電磁力所吸引，從而解決了返回彈簧產(chǎn)生拉力的問

題，并實現(xiàn)了吸合通過鐵芯的作用，實現(xiàn)了動態(tài)觸點與靜態(tài)觸點的吸合，從而

9

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

推動銜鐵的運動。當線圈失去電源時，電磁吸力將隨之消失，而銜鐵則會受到

彈簧反作用力的影響，從而恢復到其原來的位置，同時動觸點和也會逐漸放松

靜態(tài)接觸點的初始狀態(tài)。通過吸合和釋放，以實現(xiàn)電路中導通和斷開的目的。

（2）繼電器接口電路設計

繼電器電路主要用來控制風扇和加熱器，其電路接口設計如下圖3.12所示。

圖3.12繼電器接口電路圖

10

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

3.3.5時鐘電路

時鐘電路采用了DS1302時鐘芯片，DS1302是由美國DALLAS公司推出的具

有涓細電流充電能力的低功耗實時時鐘芯片。它可以對年、月、日、周、時、

分、秒進行計時，并且具有閏年補償?shù)榷喾N功能。DS1302時鐘電路接口設計如

下圖3.13所示。

圖3.13DS1302時鐘電路設計

4電路原理圖及PCB板設計

圖4.1原理圖

11

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

圖4.2PCB板設計圖

12

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

5軟件設計

5.1軟件設計介紹

本系統(tǒng)設計有一個主程序以及一個中斷程序，其中主函數(shù)包含了六個子函

數(shù)。

5.2主程序的設計

程序的主函數(shù)中包含方波初始化和紅外頻率檢測初始化程序，并根據(jù)標志

位Flag的狀態(tài)來執(zhí)行顯示倒計時、設置時間和按鍵的操作。

圖5.1主程序流程圖

13

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

6系統(tǒng)制作

單片機應用開發(fā)可以劃分為如下4個過程：

（1）硬件系統(tǒng)的設計調試，比如電路的設計等

（2）應用程序設計。比如程序的創(chuàng)意，使用軟件進行編寫。

（3）調試應用。實現(xiàn)硬件在線調試，并且在調試期間不斷修改完善軟硬件。

（4）系統(tǒng)離線運行檢查。開展全面檢查并根據(jù)所發(fā)生的問題對硬件，軟件或者

總體設計方案進行修改。

7實物作品操作效果及指引圖

7.1實物作品展示

14

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

7.2實物作品操作演示

1、接通電源后，液晶屏上顯示年月日時分秒，如下圖所示：

2、按下D1設置鍵可以調節(jié)日期以及時間，D2鍵是＋，D3鍵是-。

15

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

3、按下D4鍵，LED燈會跳轉到紅燈，也就意味著干手器吹的會是熱風，再摁一

下D4鍵，則會切換回綠燈表示干手器吹冷風。

16

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

17

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

4、手放在傳感器的感觸范圍內，干手器開始運作，手離開三秒后自動停止運作，

當手一直處于傳感器范圍內則會在15秒停止一次

8結論

一學期下來，圓滿完成畢業(yè)設計規(guī)定的工作。在畢業(yè)設計中遇到了一些問

題，需要對其進行改進。在這段時間里，筆者搜集到很多有關紅外感應及單片

機的信息，經(jīng)對比分析，得到了該設計方案。

該項目設計了一種自動感應干手器，在硬件上，主要設計是液晶電路與單

片機控制電路的設計與制作，再利用外接負載，即可達到冷風與熱風之效果。

從而達到設計自動干手器。

該設計制造的以單片機為控制核心的干手器，可以實現(xiàn)對人手伸入和脫離

情況的自動識別，當人手伸入干手機所能操作的區(qū)域，做手機工作每次15秒鐘。

干手后自動停止。通過液晶顯示干手機的當前的時間信息，并且正在顯示本次

18

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

作業(yè)的倒計時時間。當雙手伸開時，干手器會自動啟動吹風模式。利用按鍵開

關來選擇輸出冷風還是熱風，分別適應各種溫度天氣。

通過畢業(yè)設計，不僅學習到許多新東西，并鞏固原有所學，將學到的知識

貫穿始終，能很好地將硬件知識與軟件知識有機地融合，學習怎樣讓軟件和硬

件協(xié)同工作。同時也學習解決調試中出現(xiàn)的問題，驗證了電路可行性，這對于

他們今后的學習，工作都是非常有益的。

9附錄

附錄1元器件清單

DescriptionCommentQuantity

電容10uF1

電容302

5MM黃色發(fā)光二極管LEDY1

5MM綠色發(fā)光二極管LEDG1

5MM紅色發(fā)光二極管LEDR1

3MM紅色發(fā)光二極管LED1

電源接口POWER1

2P接線端子電源接口2

排針CON22

三極管90122

電阻1K6

電阻2k1

電阻10k5

晶振32.7681

晶振12MHz1

電源開關SWITCH1

微動開關SW-PB5

時鐘芯片DS13021

單片機AT89C52/S521

繼電器JDQ-DC52

液晶LCM_16021

紐扣電池3V1

19

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄2原理圖

20

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄3PCB板圖

21

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄4實物作品

22

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

附錄5程序源碼

#ifndef__MAIN_H__

#define__MAIN_H__

#include<reg52.h>

//IO設置

sbitHY=P2^0;//紅外采集

sbitJDQ=P3^5;//吹風繼電器

sbitJDQ_J=P3^6;//加熱繼電器

sbitLED_L=P1^4;//冷風

sbitLED_R=P1^5;//熱風

#defineLCD1602_PORTP0

sbitLCD1602_RS=P2^5;

sbitLCD1602_RW=P2^6;

sbitLCD1602_EN=P2^7;

sbitkey1=P1^6;//時間設置鍵

sbitkey2=P1^7;//加鍵

sbitkey3=P3^2;//減鍵

sbitkey4=P1^0;//加熱切換

//函數(shù)或者變量聲明

externvoidDelay_ms(unsignedintn);

externvoidGet_Maopi();

externvoidGet_Weight();

#endif

#include<reg52.h>

#include<intrins.h>

#include<string.h>

#include"main.h"

#include"LCD1602.h"

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

charcount,miao_count,miao_tingzhi;//計時變量

ucharflag_led;

#include"wannianli.h"

//鍵盤處理變量

//****************************************************

//主函數(shù)

//****************************************************

23

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

voidmain()

{

Init_LCD1602();//初始化LCD1602

TH0=0x4c;

TL0=0x00;

TMOD=0x21;

ET0=1;

TR0=0;

EA=1;

//Ds1302Init();

while(1)

{

keyscan();

if(key4==0)

{

delay(20);

if(key4==0)

{

flag_led=!flag_led;

while(key4==0);

}

}

if(flag_led)

{

LED_L=1;

LED_R=0;

}

else

{

LED_L=0;

LED_R=1;

}

if(JDQ==0)

{

if(flag_led)

JDQ_J=0;

else

JDQ_J=1;

}

else

JDQ_J=1;

if(keynum==0)

24

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

{

if(HY==0)

{

delay(20);

if(HY==0)

{

miao_tingzhi=miao_count;

TR0=1;

JDQ=0;

}

}

elseif(HY==1&&JDQ==0)

{

if(miao_count-miao_tingzhi>3)

{

miao_count=0;

JDQ=1;

TR0=0;

count=0;

miao_count=0;

}

}

display();

}

}

}

voidTimer0()interrupt1

{

TH0=0x4c;

TL0=0x00;//50ms

count++;

if(count>=20)

{

miao_count++;

if(miao_count>=15)

{

miao_count=0;

JDQ=1;

TR0=0;

}

count=0;

25

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

}

}

//****************************************************

//MS延時函數(shù)(12M晶振下測試)

//****************************************************

voidDelay_ms(unsignedintn)

{

unsignedinti,j;

for(i=0;i<n;i++)

for(j=0;j<123;j++);

}

Keyboard.c程序

#include"keyboard.h"

externbitbdataflag_key;

//按鍵掃描函數(shù):

//功能；只掃描一個按鍵，按鍵為號小優(yōu)先

//返回鍵值：

//12310//10:清零重量，兼去皮功能

//45611//11:清除單價

//78912//12:顯示數(shù)值偏大調節(jié)按鍵

//1401513//14:無功能（用于擴展）15：小數(shù)點13：

顯示數(shù)值偏小調節(jié)按鍵

unsignedcharGetkeyboard(void)

{

unsignedcharnumber=0;

unsignedchari;

//行輸入低電平

ROW1=ROW2=ROW3=ROW4=0;

//如果列輸出不全為高，則說明有鍵按下

if(((COL1!=1)||(COL2!=1)||(COL3!=1)||(COL4!=1))&&flag_key==1)

{

//輸入0111

flag_key=0;

ROW1=0;

ROW2=ROW3=ROW4=1;

for(i=0;i<20;i++);

if(COL1==0)return1;//7

elseif(COL2==0)return2;//8

elseif(COL3==0)return3;//9

elseif(COL4==0)return10;//10

//輸入1011

26

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

ROW2=0;

ROW1=ROW3=ROW4=1;

for(i=0;i<20;i++);

if(COL1==0)return4;//4

elseif(COL2==0)return5;//5

elseif(COL3==0)return6;//6

elseif(COL4==0)return11;//11

//輸入1101

ROW3=0;

ROW1=ROW2=ROW4=1;

for(i=0;i<20;i++);

if(COL1==0)return7;//1

elseif(COL2==0)return8;//2

elseif(COL3==0)return9;//3

elseif(COL4==0)return12;//12

//輸入0111

ROW4=0;

ROW1=ROW2=ROW3=1;

for(i=0;i<20;i++);

if(COL1==0)return14;

elseif(COL2==0)return0;

elseif(COL3==0)return15;

elseif