基于凌陽單片機SPCE061A的紅外泵液器的設計

　　O 引言

　　紅外泵液器通常用于完成“伸手出水，縮手停水”功能，一般可提供手動和自動兩種泵液模式，同時具有低電壓檢測報警以及使用完畢后語音提示等功能。紅外泵液器在工作時，一般首先通過傳感器將伸手出水動作轉換成電信號，并通過紅外發射二極管發出紅外光去控制受控裝置中的紅外接收二極管，再利用光照強弱來改變電路中的電流。當伸出手時，接收部分收到的紅外線強度降低，轉換的電流強度減弱，拿開手時，紅外直射到光敏管上，輸出電流增強；之后的第二步，再將電流信號的強弱轉換為能被SPCE06lA單片機識別的高低電平。由此需要電路具有流控電壓源的功能，高電平約為5V，低電平為0V，為此，可采用雙極性三極管的共射極接法來實現；第三步，則是通過對高低電壓信號的判斷來輸出控制信號，并將控制信號輸出給電機，再通過電機控制水泵。這部分主要是對IOB2的中斷檢測，伸手時紅外線被擋住，三極管截止，IOB2得到高電平，即利用IOB2的上升沿中斷申請功能(或者使用查詢方法)來向SPCE06lA單片機提出放水的中斷請求。

　　通過以上三個操作步驟，僅僅可以基本完成設計功能，而本文對上述傳統設計的改進之處有以下三點：

　　(1)使用1*3鍵盤提供自動與手動切換。在自動模式下，手伸到儀器出水，手離開停止；手動模式下，按下2鍵出水，按3鍵停止。

　　(2)改進了工作指示燈電路模塊。當電路處于工作狀態時，指示燈亮。

　　(3)改進了語音播報，由于SPCE061A單片機集成了2個10位DAC(數一模轉換)模塊，因此，利用這部分資源可以方便地實現數字到模擬信號的轉換，從而使人機交互更友好，同時也可以表明當前系統的工作狀態。

　　1 紅外泵液器的硬件設計

　　本系統的工作組成原理如圖1所示。

　　本方案采用凌陽SPCE061A單片機。并選用GR4010l紅外發射二極管作為紅外發射器件．GDl6ll硅PIN型光敏二極管作為紅外接收器件。微型電機選用QDB一30—3．0作為泵液器的驅動。紅外傳感部分可用來檢測是否有人需要使用泵液器，它分為紅外發射和紅外接收兩部分。紅外發射管采用GR40101，主要通過IOB8輸出一定頻率的脈沖來控制紅外發射管的發射頻率。紅外接收管則采用GD1611，可利用IOB2的外部中斷功能來進行檢測。語音播報部分采用SPCE061A內部的DACl輸出信號到語音電路，再使用A2000格式放音。本系統提供3個按鍵，可用來設定出液量、自動、手動泵液等，他們占用SPCE06lA的IOA0—2共3根I／O線。系統選用微型電機來作為泵液的驅動，電機的控制是由一個三極管作為電子開關完成的。可通過IOB4控制三極管，從而控制電機。利用SPCE061A內部的LVD單元可以完成低電壓檢測，而不需要外接其它組件。此外，系統還提供了一個發光二極管作為工作指示燈，并可用IOA5來控制。

　　圖2所示是系統的控制電路原理圖。電路中，SPCE061A為主控制芯片，IOA5控制工作指示燈。當系統接上電源時，可通過過程控制IOA5輸出高電平，工作指示燈一直亮著。1*3鍵盤的功能是分別設定自動與手動模式的切換、手動下出水、手動下停水，其占用IOA0-2三個端口。當第一次按下1鍵時，默認為自動模式，即當手伸到儀器時，IOB2口接收不到IOB8口發射出來的紅外控制信號，則單片機控制IOA4口并控制電機轉動泵水，當手離開時，IOB2口接收到紅外信號，控制電機停止出水。當再次按下1鍵，則切換到手動模式，這時按下2鍵開始出水，按3鍵停止出水。當電機由轉動轉變為停止時，單片機控制DACl口播放“謝謝”。當電壓低于開始設定的電壓值時，系統播放聲音報警。

　　圖2中，SPCE06lA的IOB2口用于檢測接收信號(該信號的兩種狀態高低電平表明伸手縮手動作)，IOB8口用于控制紅外發射，IOA4控制微電機，IOA5是工作指示燈，IOA0—2可控制1*3鍵盤，IOA9口是低壓檢測，DACl口接語音播報。引腳12、13是振蕩器的輸出和輸入，引腳16、17、18分別接在線調試器的使能端、時鐘腳和數據腳。

　　2 紅外泵液器的軟件設計

　　根據設計的功能以及硬件電路，本系統的軟件部分共需要如下幾部分控制程序：

　　第一是發射紅外信號。由紅外發射二極管GR40101可知，SPCE06lA單片機的IOB8應輸出固定頻率的脈沖，以激勵器件發射紅外線，因此程序首先需要完成此項功能。實際的程序應通過SPCE061A單片機內部的計時中斷產生8 kHz的脈沖。具體的操作是通過SPCE061A單片機工作的晶振頻率來計算經過多少分頻才能將頻率降低至8 kHz，由此得到計數值并將計數值填入計數器，同時對相應中斷寄存器進行設置。然后在計時中斷的中斷服務子程序中通過語句IOB8=!IOB8來控制該IO口以輸出8 kHz的方波。

　　其次是紅外信號的接收處理。在硬件部分已經說明，本裝置在伸手時，IOB2將出現高電平，其它情況該引腳輸出為低電平，由此可通過IOB2的中斷功能實現對高電平的檢測，當IOB2出現上升沿時，表明此時伸手，系統進入IOB2的中斷服務程序，該中斷服務程序可完成控制水泵和指示燈的功能。

　　再就是鍵盤掃描程序。可采用查詢方法循環檢測是否有鍵按下，當檢測到按鍵端口有低電平時，便進入相應的處理程序，其中管理自動手動模式的按鍵是通過這樣的方法實現的，即每次有鍵按下，標志位變化，原來為0就置位，為1就清零，從而控制手動和自動的選擇。其它的按鍵進入按鍵處理程序后作相應的處理，同時啟動語音輸出等。

　　圖3所示是本系統的軟件流程圖。首先是系統的初始化，然后是各個IO端口的初始化，最后執行系統任務。主任務的流程是IOA0-2口都處于高電平，當按下哪個鍵時，哪個端口變為低電平，然后檢測IOA0—2端口的電平值，如果發現有端口變為低電平，則把信息送到主任務那邊的等待鍵盤信息，當人使用完后結束，系統返回上面一層，繼續等待鍵盤信息；如果發現鍵盤的各端口都是高電平，沒有變為低電平的端口，則返回，然后繼續鍵盤掃描任務。

　　3 結束語

　　本文給出了一種由凌陽公司生產的單片機芯片SPCE061A控制的紅外泵液器的改進設計方法。經改進后的泵液器增加了手動和自動模式轉換、低電壓檢測報警以及使用完畢后語音提示等三項功能。實測證明：該裝置還具有抗干擾能力強，無誤操作且省電節能等特點。