基于单片机的智能自动行走紫外线杀菌机的设计❋

2014-10-22岳剑云李雪莲

机械工程与自动化 2014年1期

时谦，岳剑云，李雪莲

（新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐 830052）

0 引言

紫外线消毒杀菌的用途很广，比如在办公室、幼儿园、火车站、医院、电影院等公共场所，紫外线可以消菌杀毒，消除异味，并且还能产生丰富的负氧离子。在污水处理方面，经过紫外线消毒杀菌的污水，可以直接用于农田灌溉等。在很多公共场合，利用紫外线消毒杀菌后，可以消除很多经过空气介质传播或经过物体表面传播的细菌。

紫外线杀菌灯实际上属于一种低压汞灯，它是利用较低汞蒸汽压（＜10-2Pa）被激化而发出紫外光。强烈的紫外线会杀死很多细胞，所以在使用其消毒的时候一要不能使紫外线直接照射到人的皮肤，尤其是人的眼睛，而目前的紫外线杀菌灯以固定不可移动为主，在紫外线杀菌灯工作时想要让其在杀菌场地移动必须要专人现场控制。为此研究与设计智能紫外线杀菌机为一些公众场合杀菌具有深远的现实意义和应用前景。

1 智能紫外线杀菌机结构组成

本设计由系统控制部分、电机驱动部分、无线控制部分、24C16数据记忆部分等组成，该控制系统部分的芯片使用了AT MEL公司的AT89C51单片机。首先通过无线遥控器控制杀菌机的移动，然后将杀菌机之前的移动路线数据存储到24C16芯片当中，当再次开机时单片机读取存储器中的数据，完成上次杀菌机的移动路线，实现紫外线杀菌机自动移动的目的。

1.1 硬件电路设计

本设计先通过无线遥控部分遥控移动并设定杀菌机执行的杀菌工作路线，并将数据存入到24C16芯片当中，再采用系统控制部分的AT89C51单片机对存储器中的数据按照要求处理［1-3］，并按照实际要求给该系统的电机驱动部分发送控制信号来驱动电机，最后达到紫外线杀菌机的自动行走的目的。设计的智能紫外线杀菌机结构框图如图1所示。

图1 智能紫外线杀菌机结构框图

1.1.1 无线控制模块

四键遥控器和超再生固定码接收模块可以组成4路无线发射接收电路，遥控器的4位数据码对应模块的4路输出，可以方便地组成无线遥控发射接收电路，其广泛适用于家庭、工业遥控类电子产品的设计和开发，可很好地作为单片机的信号输入源。非锁型输出又称点动输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且与发射端是否发射相对应，可用于类似点动的控制，有遥控信号时数据脚为高电平，当遥控信号消失时数据脚立即恢复为低电平，与单片机对接只需要一个高电平的电路，设计的无线控制模块如图2所示。

1.1.2 电机驱动模块

系统使用L298n驱动电路作为电机驱动部分，L298n可以驱动2个电机，且L298n需要从外部接两个电压，一个提供给电机，另一个给L298芯片。为此在本设计中采用12 V供电，其一部分给无线控制模块供电，另一部分经过7805芯片输出5 V电压给L298n、单片机与电机供电，这样可以加大电机的驱动力，减少电池的使用数量。在本设计中采用带有减速箱的电机，电机在不通电的情况下一般不会转动，所以没有采用光电耦合器隔开，以免影响控制部分电源的品质，电机驱动模块电路如图3所示。

图2 无线控制模块

图3 电机驱动模块电路

1.1.3 24C16存储器驱动模块

本设计芯片是AT MEL42024C16 AN SI18 A，断电永久保存数据。

24C16支持I2C总线数据传送协议，该总线协议规定：发送器是一种可以将任何数据传送到总线的器件，接收器是一种可以从总线接收任何数据的器件，而且产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件来控制数据的传送。存储器驱动模块电路如图4所示。

图4 存储器驱动模块电路

1.2 系统的软件设计

本设计的系统软件是将上述的功能按照模块子程序的方式来实现和完成系统的要求。所设计的子模块主要包括电机驱动程序、24C16存储子程序、键盘输入子程序等。系统上电时，启动、判断记忆按键是否按下，如果没有则读取存储器24C16中的数据，执行之前记忆的路线数据；否则记录新一轮的路线数据，记录完毕则开启保存退出键将数据存入24C16中［4，5］。

1.2.1 控制软件流程图

控制软件流程图如图5所示。