電動按摩床的單片機控制系統

江蘇常州輕工職業技術學院 韓迎輝

電動按摩床的單片機控制系統

江蘇常州輕工職業技術學院 韓迎輝

本文主要介紹電動按摩床控制系統的設計，包括系統硬件和軟件的設計，具體給出了硬件電路組成、軟件功能劃分，以及系統軟硬件控制功能的實現方法。本電動按摩床控制系統實現了多級振動控制、定位信息自動存儲等功能，并具有控制功能靈活、使用方便、性價比高的特點。

電動按摩床 單片機

一、前言

本文介紹的電動按摩床控制系統，是用單片機作主控制器，按摩床控制模式包括床體的升降控制、振動控制和床體的位置記憶。以上控制方式通過手控器上的3個模式選擇鍵進行選擇：MEM（存儲模式），MES（振動模式），ADJ（升降模式）。手控器與單片機之間的連接方式分有線連接和無線連接兩種。

升降控制分背部升降和足部升降，分別由兩個推桿電機進行控制；振動控制也分背部振動和足部振動兩種情況，由兩個振動電機進行控制。升降及振動位置由手控器上的back（背部）、foot（足部）鍵進行選擇，振動按摩的力度可分十個檔位進行調節，手控器上的Up/ Down按鍵可增加/減少一個檔位。

在存儲模式下，分別按動手控器上的S1、S2、S3鍵，可將當前床體位置作為記憶值（位置1、位置2、位置3）存儲到EEPROM存儲器中。而在升降模式下，按S1、S2、S3鍵，可將床體位置調整到被記憶過的3個位置上。

二、控制系統的硬件結構

控制系統的硬件主要由主控制器、脈沖定位控制部分、分級電壓輸出電路、無線接收部分、手控器接口和EEPROM存儲器接口等組成。系統組成框圖如圖1所示。

圖1 系統組成框圖

1．主控制器

主控制器使用AT89S52單片機。AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，與MCS-51單片機產品兼容，具有8K在系統可編程Flash 存儲器，使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，也可使用常規編程器編程。

2．脈沖定位控制部分

電動按摩床的升降運動分足部升降和背部升降，分別由推桿電機A和推桿電機B控制。推桿電機可正反轉運行，經絲桿、變速箱帶動推桿伸縮，從而控制足部的升降和背部的升降。電動床推桿電機及傳動機構如圖2所示。

電動按摩床升降位置的定位控制，是通過單片機對連接在電機尾部的脈沖發生器（PG）進行計數實現。

脈沖發生器是在推桿電機軸上安裝一個圓盤，圓盤的圓周上均勻分布n個凸塊，在圓盤附近固定一個光電傳感器（槽形光耦），當圓盤旋轉一周，光電傳感器輸出n個脈沖，此脈沖加到單片機引腳上，單片機通過計數得到脈沖個數（正轉時增計數，反轉時減計數），可知推桿電機轉動的圈數，最終可計算出推桿伸縮的位移，從而實現升降位置的精確定位。

其中，足部脈沖加到單片機INT0引腳，背部脈沖加到單片機INT1引腳。

圖2 電動床推桿電機及傳動機構

3．分級電壓輸出電路

電動按摩床振動力度的調節，通過分級控制振動電機的電壓實現，振動強度分10檔，每按手控器上的Up/ Down按鍵一次可增加或減少一個檔位。調節電路結構如圖3所示。

圖3 電壓調節電路框圖

單片機輸出4位碼經4028（BCD—十進制譯碼器芯片）的Q0～Q9輸出，控制十路光耦的輸入端，使其中的一路導通，該光耦輸出回路中的電阻（R0～R9中的一個，其阻值各不相同）被并入RB電阻兩端，控制LM317T輸出至振動電機線圈的電壓發生變化，以控制振動電機的振動強度。利用Up/ Down按鍵改變單片機4位輸出碼，并入電阻在R0～R9之間切換，進而使LM317T輸出電壓值可調，使振動強度發生變化。

4028的輸入、輸出狀態如表1所示。

表1 4028的輸入、輸出狀態

4．無線接收部分

手控器工作在無線控制模式下，通過無線發送方式傳遞控制信息，單片機通過無線接收電路接收控制信號。單片機的無線接收電路采用超外差方式，通過單片機T0中斷接收，此種方式可繞過一定障礙物，接收范圍較寬，但對時序有較高的要求，受現場干擾較大，需要在單片機的軟件中進行抗干擾處理。

5．手控器接口

當手控器接上連接線，可作有線控制器，此時，利用單片機的串行口作手控器接口，其中RXD引腳作輸入，TXD引腳作輸出。使用時，手控器與主控器間要進行對碼。

6．EEPROM 存儲器接口

EEPROM存儲器，用于存儲位置定位信息，其中包括2個推桿電機的位置信息。每次系統上電后，單片機通過讀EEPROM存儲器獲取所存的定位信息；單片機也可將新的位置信息寫入EEPROM存儲器。定位信息最多可同時存儲3個記憶位置和1個當前位置數據。

EEPROM存儲器采用AT24LC04芯片，該芯片為I2C器件，具有512×8位的存儲容量，引腳排列如下圖所示，其中A0、A1和A2是地址選擇輸入端，SCL串行時鐘線，SDA串行數據線。

AT89S52單片機不帶I2C總線，因此必須根據I2C總線的時序用單片機的I/O口模擬I2C總線時序實現其功能。

本系統中用單片機的P0.1與芯片的SCL相連，單片機的P0.2和SDA相連；單片機通過P0.1的高低電平得到控制I2C的虛擬時鐘，P0.2作數據傳輸的雙向端口，為單片機和AT24LC04之間提供數據線，電路連接如圖4所示。

圖4 AT89S52單片機與AT24LC04的接口

三、控制系統的軟件設計

本系統共使用了五個中斷源。它們分別作以下用途：

T0：無線接收中斷

T1：定時中斷

INT0：背部升降控制處理

INT1：足部升降控制處理

串行口：有線接收中斷

控制系統的軟件由主程序、各中斷源的中斷服務程序、以及子程序組成。

1．主程序流程

主程序主要完成系統初始化、讀EEPROM、通信口檢測、掃描鍵盤、鍵處理、寫EEPROM等功能。流程如圖5所示。其中讀寫EEPROM和鍵處理操作通過子程序實現。

2．系統初始化

系統初始化主要完成中斷源初始化、通信口初始化、輸出狀態初始化等工作。

3．讀寫EEPROM

單片機對EEPROM存儲器中所存的定位信息進行讀取和重新寫入。

4．通信口檢測

讀串行口狀態，判斷手控器的操作方式（無線或有線），并根據不同的操作方式，對電動床進行控制。

圖5 主程序流程

5．掃描鍵盤與鍵處理

判斷有無鍵按下，有鍵按下進而判斷按鍵位置并進行鍵功能的處理。

需處理的按鍵包括3個模式選擇鍵：MEM、MES、ADJ；2個位置選擇鍵back、foot；2個振動按摩力度調節鍵UP、DOWN；3個存儲選擇鍵S1、S2、S3鍵。

四、結束語

由于AT89S52單片機內部資源被充分使用，因此本系統具有很高的性價比。作者參與了電動按摩床控制系統的設計與調試工作，針對如何解決抗干擾這一問題，除了軟件抗干擾之外，在硬件上也采取了相應的措施，首先在電源回路中采用環形變壓器加扼流圈，在電機兩端加阻容濾波器，對脈沖發生器電路增加硬件消抖處理，以提高計數精度。本電動按摩床控制系統經過實際運行證明，系統控制功能可靠，使用方便，完全能符合用戶的要求。

[1]一種智能無線數據采集系統的設計與實現.西北師范大學學報，2008年第2 期.佘乾順，馬勝前等

[2]用數字集成電路實現時序邏輯電路的功能.電子工程師.1999年第5期.涂金龍