一种红外感应泵液器的单片机应用设计
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2020-07-31
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一种红外感应泵液器的单片机应用设计一种红外感应泵液器的单片机应用设计
红外微电脑自动泵液晶是21世纪一个实用的全新的小家电产品。它采用红外技术感应人手，由单片机控制出液
量，具有抗干扰能力强、无误操作、省电节能等特点。
随着许多日用新产品的出现，人们的生活水平和生活质量不断提高，同时，也逐渐改变了人们传统的生活方式。如液体香皂改
变了人们用传统香皂洗手、洗澡、洗脸、洗碗的习惯。液体香皂可高效、安全去除和抑制95%以上有害细菌，特别适合医院和
其他经常接触细菌源的行业人员，如银行及证券公司等有台工作人员。强力去污型可有效去除皮肤表层之重油污，并有除菌抗
菌之效用，对皮肤无伤害，最适用于经常接触重油污的油田、煤矿、机修等工作人员手部肌肤的清洁养护。现在，各种清洁爽
肤、营养滋润、强力除菌抗菌、强力去污、草本精华系列的液体香皂遍布各大超市、商场。然而，在使用过程中，人们仍无法
告别瓶瓶罐罐、用油乎乎的手倒洗洁精的烦恼。为此，市面上出现了许多手动泵液晶和红外线泵液器，但其价格较贵，主要用
于星级酒店、宾馆。
我们设计了一种红外微电脑自动泵液器，不同于以往所见到的所有的给液器。即插好用是该产品的主要特点和优点，安装无需
打孔破坏墙面，补液无需灌装，杜绝了液体的二次污染，使用无接触，更卫生、方便，是取代传统香皂及其它瓶装、泵装洗护
产品的时尚而经济的选择。它由单片机控制，可设定出液量，具有抗干扰能力强、无误操作、低压报警、省电节能、价格便宜
等特点。不仅仅选用于家庭，也适用于公共单位：医院、银行、政府机构、学校等。
1 硬件设计
本设计采用Microchip PIC16C54单片机，选用南通光电器件厂GR40101红外发射二极管和GD1611硅PIN型光敏二极管作为红
外发射和接收器件，舟山海山电器有限公司生产的微型电机QDB-30-3.0作为泵液晶驱动。系统采用单键模式完成暂停、设定
泵液量等功能。电路采用节电方式设计，待机电流小于100μA，并可提供微型电机所需的500mA负载电流，可监测电池电
压，欠压报警。系统原理如图1所示。
图中TX（红外发射管）、R1、R5、Q4组成红外发射电路，单片机RA1口输出一定频率的脉冲控制三极管Q4的通断，从而控
制红外发射管TX的发射频率。由单片机RA3口为发射电路提供电源，是为了节能。当RA1口将要发射脉冲时，RA3口置高，
发射电路加电。RX（红外接收管）、R2、R11、R12、R13、R16、Q6、C3组成红外接收电路，RX接收红外脉冲，整形后由
Q6放大。接收电路必须严格控制放大倍数，确保红外反射接收距离在10cm左右。接收电路电源由单片机RB1口提供，在发射
脉冲后，将RB1口置高。R6、R7、R8、Q3组成电池电压监测电路，当电源电压降到一定值时，Q3截止，单片机RB3口为高
电平，欠压报警。D2、D3、R9、R10、Q1、Q5组成电机供电电路，提供微型电机所需的3V电压、500mA负载电流，当需驱
动电机泵液时，由单片机RB2口输出低电平，Q发射极为电机供电。D1、C4、Q2、R3组成电机控制电路，泵液时先为电机供
电，然后单片机RA2口输出高电平驱动电机运转。LED为工作状态指示灯，单一按键SW为多功能键，可完成设定泵液量、暂
停、手动泵液等功能。
2 软件设计
本电路硬件设计通过控制各单元电路供电达到节能的目的，软件上利用PIC单片机的休眼、看门狗溢出唤醒特性以及对发射脉
冲个数的控制进一步降低能耗，使其待机电流小于100μA，4节4号碱性电池可提供15 000次以上的使用次数或200天以上的使
用时间。程序流程如图2所示。
程序开始先对单片机各端口初始化，并设置好看门狗溢出时间，程序工作一个周期后，自动进入休眠模式，由看门狗溢出唤醒
单片机进入下一周期。进入一个工作周期前，首先判断是电池上电第1次工作，还是看门狗溢出唤醒单片机。如果是电池上电
第1次工作，指示灯应给出指示，并对泵液量进行设定。进入工作周期后要判断按键是否按下，若按下按键，则判断是手动泵
液还是暂停泵液器工作，这两者靠按键时间长短决定。
红外收发程序对提高泵液器抗干扰能力、降低泵液器能耗起着关键作用。经过实验选定一个发射脉冲频率使其对外界光干扰不
敏感。为了最大限度地降低能耗，程序对发射脉冲的个数和方法进行设计，先发2个试探脉冲，若接收到，则按选定频率连续
发60个脉冲，然后判断接收方收到的脉冲数是否在允许的范围内，是则泵液，否则进入休眠模式；若接收方未收到试探脉
冲，则直接进入休眠模式。每次泵液器工作后，都检查电池电压，若发现电压低，立即由指示灯给出报警，提示更换电池。
3 系统特点
我们设计的红外感应泵液器与同类产品相比，有以下优势：紧凑、精密集成电路设计，成本低、耗电省，4节5号碱性电池可
提供15 000次以上的使用次数或200天以上的待机时间；抗干扰能力强，无误操作；采用可拆卸式磁控阀门，无泄漏，便于清
洗；采用高科技粘贴技术，方便实用，无需打孔固定；即插即用液体瓶技术，补液无需灌装，杜绝了液体的二次污染。该产品
不仅仅适用于家庭，也适用于公共单位，如医院、银行、政府机构、学校等，是一种具有宽广市场容量的小家电产品。
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