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1、全自动摇篮的设计资料全自动摇篮的设计摘要随着社会经济的发展，人们的生活也都逐渐提高，许多拥有婴幼儿的家庭都希望孩子有个良好的成长环境，但是年青的父母需要同时兼顾宝宝和家庭生活感到非常疲惫，他们需要一个不仅舒适而且具有人工智能的摇篮。智能婴儿摇篮可以提供给宝宝舒适摇晃，又可以通过音乐启发智力发育，使得妈妈们也可腾出手来处理家务或者休息。从而大大的减轻了婴幼儿父母的劳动负担，促进了婴儿的深度睡眠，提高了大人和小孩的睡眠质量，为婴儿的健康成长提供保证。本次毕业设计拟采用单片机作为全自动摇篮的核心控制部件，硬件电路分声控电路、电机驱动、液晶显示模块和人机交互等模块。人机交互是由定时按键和LCD1602

2、组成，摇篮晃动的时间是由按键预置的；LCD1602可以显示计数时间和定时时间。软件部分应用单片机C语言实现了本设计的全部控制功能，包括定时设置、电机驱动、状态显示、音乐播放等。关键字：单片机；声控；电机驱动；定时 Design of Automatic CradleABSTRACTWith the social and economic development， peoples lives are also gradually improved， many households which have infant children want to have a good growth envi

3、ronment， but many young parents need not only working but also taking care of the baby， they feel very tired and look forward a comfortable and artificial intelligence cradle An intelligent baby cradle can provide comfort to the baby shaking， and inspire intellectual development through music Then m

4、oms have a free time to deal with household chores and rest With the intelligent cradle， the infants burden of parents will be reduced greatly， and sleep quality of baby and parents will be improved， and baby promotes deep sleep for the healthy growth The design is discussed in this paper， which int

5、ends to use micro-controller as the core of the cradle automatic control components， hardware circuit of voice circuits， motor drives， LCD modules and interactive modules Human-computer interaction is composed by the timing buttons and LCD， the cradle of shaking time is preset buttons; LCD can displ

6、ay the count time and regular time Software part of the application micro-controller C language to implement all the control functions of the design， including the timing settings， motor drives， status display， music player and so onKeywords:MICROCONTRLLER;VOICE;MOTOR DRIVE;TIMED 1 引言11 研究背景现代家庭大多是独

7、生子女家庭，父母对子女的婴儿期培育非常重视。然而养育婴儿是一件非常消耗时间和精力的事情，常常会与父母快节奏的工作生活产生冲突。有些父母因为夜间照顾婴儿，长时间不能得到很好的休息，甚至严重影响了健康和正常的工作。据了解，有很多的上班族父母都会为照顾婴儿而苦恼1。中国人在养育婴儿的传统方式上，都是怀抱着婴儿轻轻拍打摇动或者使用人力推动摇篮，使婴儿安静下来进行睡眠，但是这样做有很多方面不利于婴儿发育和成长。由于传统的摇篮都是采人工推摇方式，有吊篮、摇桶、摇床等，使用起来不仅费时费力，增加了许多劳动负担，而且产生较大的噪音，使婴儿很难进行深度睡眠。同时，传统看护婴儿的有些方式不当，会使婴儿的大脑处于失

8、重、充血状态等现象，严重影响了婴儿的大脑发育和骨骼生长2。对于婴幼儿来说，睡觉和吃奶一样，是他们生长过程中的头等大事。一款合适的摇篮不仅能保证婴儿的健康成长，也能在很大程度上减轻父母的负担，使父母不必为整夜照顾婴儿而劳烦，从而保证大人和孩子都拥有更高的生活质量。使用传统婴儿摇篮，需要看护者一直陪伴在婴儿旁边，不仅耗时而且往往使看护者很疲惫3。多功能婴儿摇篮控制模块通过单片机的控制，实现了自动控制，减轻了婴儿看护者的劳动负担，促进了婴儿的健康睡眠，提高了大人和小孩的生活质量。12 目的与意义传统婴儿摇篮，都是人工控制摇篮，需要看护者一直陪伴在婴儿旁边。新生婴儿还比较柔软，睡觉不会翻身，长时间同一

9、边侧睡也会使孩子头型歪偏，看护者全程照看能给婴儿一个更安全、更良好的生活环境，但这样一来不仅耗时而且往往使看护者很疲惫。随着社会经济的发展，人们的生活也都逐渐提高，许多拥有婴幼儿的家庭都希望孩子有个良好的成长环境，但是年青的父母需要同时兼顾宝宝和家庭生活感到非常疲惫，他们需要一个不仅舒适而且具有人工智能的摇篮4。智能婴儿摇篮可以提供给宝宝舒适摇晃，又可以通过音乐启发智力发育，使得妈妈们也可腾出手来处理家务或者休息。从而大大的减轻了婴幼儿父母的劳动负担，促进了婴儿的深度睡眠，提高了大人和小孩的睡眠质量，为婴儿的健康成长提供保证，亦保证父母的正常生活和工作。本次毕业设计拟采用单片机作为全自动摇篮的

10、核心控制部件，实现婴儿哭闹时自动摇动摇篮，并能改变摇动的频率以及播放柔和的音乐能起到催眠、娱乐等功能。应用单片机设计，具有低功耗、成本低、控制简单等优点，具有一定的市场应有前景。13 论文结构安排本论文以全自动摇篮的设计的硬件设计为主要内容，以单片机STC89C52RC作为主控制器的硬件设计方案，并对系统工作原理等进行了简单介绍。全文共分为5个章节：第1章是引言。简单陈述研究背景、目的与意义。第2章是系统原理及单元电路设计。这章主要是介绍系统硬件设计方案的总体框图，分析各单元电路的设计。包括声音传感器、单片机最小系统、LCD1602液晶显示模块、人机交互模块、电机控制模块和音乐播放模块。第3章

11、是软件设计。简要介绍系统的软件设计框图。第4章是系统调试。主要讲述系统硬件电路调试过程、问题及解决办法。最后一章是结论。简述设计的优、缺点，以及改进的建议。2 系统原理及单元电路设计21 系统原理框图系统主要由声音传感器模块、单片机控制模块、LCD1602液晶显示模块、人机交互模块、电机控制模块和音乐播放模块组成。系统的原理框图如图21所示。硬件系统以单片机STC89C52RC作为主控制器，以声音传感器模块为数据采集器，LCD1602液晶显示模块信息显示器，从而实现数据采集、计时信息显示等功能。通过声音触发单片机，进而控制步进电机的启动，音乐模块音乐的播放。人机交互模块用来实现对系统的手工控制

12、，LCD1602可以显示当前系统工作模式和定时时间。图21系统原理框图22 声音传感器声音传感器的原理同于麦克风的基本原理，就是有一个金属膜片经过声音的震动以后，在磁铁内运动，从而产生电信号。将震动转换成讯号的方式基本上有两种，一种是动圈式，也就是将振膜连到一个线圈的尾端，然后整个线圈套在一个磁铁上，就好像喇叭一样，当振膜震动时，在线圈里面就会产生讯号5。另外一种是所谓的电容式，就好像电话的受话器一样，藉着振膜的震动来改变电容值，因而改变电阻，就能改变电流，变成讯号。电容式的因为需要电流才能变成讯号，所以需要电源，比动圈式使用成本高。主要参数：1尺寸：长32mm X宽17mm X 高15mm;

13、 2主要芯片：LM393、驻极体话筒; 3工作电压：直流4至6V。 主要特点： 1具有信号输出指示； 2单路信号输出； 3输出有效信号为低电平； 4当有声音时输出低电平，信号灯亮； 5可以用于声控灯，配合光敏传感器做声光报警，以及声音控制，声音检测的场合； 6电路板输出开关量6。声音检测电路如下图22所示：图22 声音检测电路23单片机最小系统单片机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，除了单片机外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路7。如下图23所示：图23 单片机最小系统8231 STC89C52RC介绍STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强

14、抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择9。主要参数特性：1增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051；2工作电压：55V33V（5V单片机）/38V20V（3V单片机）；3工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz；4用户应用程序空间为8K字节；5片上集成512字节RAM；6通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉

15、电阻；7ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P30，TxD/P31）直接下载用户程序，数秒即可完成一片；8具有EEPROM功能；9具有看门狗功能；10共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2；11外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；12通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；13工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）；14PDIP封装。主要工作模式1掉电模式：典型功耗01A，可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程

16、序；2空闲模式：典型功耗2mA；3正常工作模式：典型功耗4mA7mA；4掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备10。引脚功能说明，引脚图如下图24所示：图24 STC89C52RC引脚图10VCC（40引脚）：电源电压。VSS（20引脚）：接地。P0端口（P00P07，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的位双向/口。P1端口（P10P17，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的位双向/口。P10和P11还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P10/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P11/T2EX），具体参见下表21：表 21 P10和P11引脚复用功能引

17、脚号功能特性P10T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出P11T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）P2端口（P20P27，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的位双向/端口。P3端口（P30P37，1017引脚）：P3口是一个带内部上拉电阻的位双向/端口。P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如下表22所示：表 22 P3口引脚复用功能引脚号复用功能P30RXD（串行输入口）P31TXD（串行输出口）P32（外部中断0）P33（外部中断1）P34T0（定时器0的外部输入）P35T1（定时器1的外部输入）P36（外部数据存储器写选通）P37（外部数据存储

18、器读选通）RST（9引脚）：复位输入。ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE/）是访问外部程序存储器时，锁存低位地址的输出脉冲。（引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。/VPP（31引脚)：访问外部程序存储器控制信号。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输入端。 中断源10STC89C52RC 有6个中断源：两个外部中断（和），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。如图2，每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中

19、断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。图25为中断允许控制寄存器（IE）图25 中断允许控制寄存器（IE）中断允许控制位=1，允许中断；中断允许控制位=0，禁止中断。 表 23 IE各位功能符号位地址功能EAIE7中断总允许控制位。EA=0，中断总禁止；EA=1，各中断，由各自的控制位设定IE6预留ET2IE5定时器2中断允许控制位ESIE4串行口中断允许控制位ET1IE3定时器1中断允许控制位EX1IE2外部中断1允许控制位ET0IE1定时器0中断允许控制位EX0IE0外部中断0允许控制位232 时钟电路单片机工作时，从取指令到译码再到微操作，都必须在时钟信号控制下才能进行，时钟电路为单

20、片机工作提供基本时钟的。单片机时钟信号通常的产生方式有两种：内部时钟方式和外部时钟方式11。XTAL1 和XTAL2 是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。图23为内部时钟方式，在单片机XTAL1和XTAL2引脚上跨接一个晶振和两个稳频电容，可以与单片机片内的电路构成一个稳定的自激振荡器12。晶振的取值范围一般为0MHZ至24MHZ。外接电容的作用是对振荡器进行频率微调，使振荡信号与晶振频率一致，同时起到稳定频率的作用，一般选用20pF至30pF的瓷片电容。外部时钟方式是在单片机XTAL1引脚上外接一个稳定的时钟信号，一般用于多片

21、单片机同时工作的时候，同一时钟信号可以保证单片机的工作同步。233 复位电路在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序运行不正常或停止运行时，就需要进行复位，复位电路将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作13。单片机的复位条件，必须使其RST引脚上持续出现两个或两个以上的机器周期的高电平。复位操作通常有两种基本形式：上电复位和开关复位。上电复位电路中，利用电容充电来实现复位。在电源接通的瞬间，RST引脚上的电位是高电平，电源接通后对电容进行快速充电，随着充电的进行，RST引脚上的电位会逐渐降为低电平。只要保证RST引脚上高电平出现得时间大于两个机器周期，就可以实

22、现复位14。24 LCD1602液晶显示模块LCD1602液晶显示模块与单片机连接，由P0口输出控制，显示系统状态，包括当前状态、工作模式和计数时间。其电路如下图26所示：图26 LCD1602液晶显示电路241 LCD1602介绍LCD1602分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。LCD1602主要技术参数：1显示容量:162个字符；2芯片工作电压:4555V；3工作电流:20mA(50V)；4模块最佳工作电压:50V；5字符尺寸:295435(WH)mm。引脚功能说明：LCD1602采用标准的14脚（无背光）或16脚（

23、带背光）接口，各引脚接口说明如表24所示：表 24 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器

24、。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据15。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极15。LCD1602的指令说明及时序：LCD1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表25所示：表 25 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回0000000013

25、置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L6置功能00001DLNF7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。指令1：清显示，指令码01H，光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移

26、 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址

27、 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。与HD44780相兼容的芯片时序表26如下：表 26 基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显

28、示字符，LCD1602的内部显示地址如下图27所示：图27 LCD1602内部显示地址15LCD1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，CGROM和CGRAM中字符代码与图形对应图如下图28所示：图28 CGROM和CGRAM中字符代码与图形对应图1525 人机交互模块人机交互模块是切换摇篮工作模式的一个操作平台，通过按键电路，可以根据需要选择不同的工作模式。另外，还可以设置定时时间。按键电路如下图29所示：图29 按键电路该系统的键盘设计是采用扫描方式实现的矩阵键盘。这样在没有按键按下的情况下，管脚电平为高电平，如果有按键按下，则相应的列线管脚

29、为低电平，从而触发中断进入中断服务程序，进而获得输入的数据。251 按键电路功能如上图29所示，由上到下分别命名为按键1、按键2、按键3和按键4。不同按键对应不同的功能。按键1：模式切换。按下按键，可以切换不同的工作模式。按键2：在自动模式下，该键空置。在手动模式下，该键为切换设置，设置字段为时、分、秒。按键3：在自动模式下，按下按键，设置为步进电机快速转动。在手动模式下，设置为对预设时间的“加”。按键4：在自动模式下，按下按键，设置为步进电机慢速转动。在手动模式下，设置为对预设时间的“减”。26 电机控制模块电机控制模块是本次设计的核心部分。电机主要通过ULN2003A芯片增大电流驱动，在实际编程中，通过控制脉冲的顺序来控制电机的正反转，利用软件延时实现对电机的转速的控制。电机驱动电路如下图210所示：图210 电机驱动电路261 ULN2003A芯片介绍ULN2003A电路是美国Texas Instruments公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。具有电流增益高