CN103829911A

CN103829911A - 一种自动擦鞋装置

Info

Publication number: CN103829911A
Application number: CN201310732212.4A
Authority: CN
Inventors: 徐进; 朱汉敏; 陈堂敏
Original assignee: Suzhou Institute of Trade and Commerce
Current assignee: Suzhou Institute of Trade and Commerce
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-06-04

Abstract

一种自动擦鞋装置，其包括电源单元、系统控制单元、红外发射与接收单元、电机驱动单元、电机单元；所述电源单元为整个擦鞋装置供电，所述红外发射与接收单元包括红外发射模块与光电转换模块，所述红外发射模块与光电转换模块之间的光路通畅或遮蔽产生启动信号或停止信号，所述系统控制单元接收启动信号或停止信号并产生一开始转动信号或停止转动信号，所述电机驱动单元接收所述系统控统单元的开始转动信号或停止转动信号并输出一开始转动电平或停止转动电平；所述电机单元接收所述开始转动电平或停止转动电平并执行开始转动或停止转动。本发明采用红外线发射、接收，并通过集成电路控制，设计合理、操作简便，实现了擦鞋动作的自动启动与停止。

Description

一种自动擦鞋装置

技术领域

本发明涉及单片机控制领域，特别是一种基于单片机控制的自动擦鞋装置。

背景技术

随着信息技术的普及和发展，尤其是跨入2000年后，红外技术得到了迅猛发展。红外探测/控制技术已渗透到国民经济的各行各业和人们日常生活的方方面面，在工业自动化、生产过程控制、信息采集和处理、通信、红外制导、激光武器、电子对抗、红外育种、红外加热、材料加工和处理、安全防范、家用电器控制及日常生活（如自动擦鞋机、节水节能控制、红外医疗与美容、智能玩具、空调等）各个方面都得到了广泛的应用。单片微型计算机又称嵌入式微控制器，是20世纪70年代中期发展起来的一种大规模集成电路器件。它在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。20世纪80年代以来，国际上单片机的发展很快，世界上著名的半导体厂商都有它的单片机系列产品，单片机的应用不断深入到国民经济各个领域，处处可以看到电脑型的电子产品。单片机的应用技术是一项新型的软硬件工程技术，其内涵随着单片机的发展而发展。

在现实生活中，擦鞋是每家每户生活中必不可少的一部分，但擦鞋又是一件比较烦琐的事情。每当出门时看见鞋子上有很多灰尘，比较脏，如果只是稍微擦一下又擦不干净，跟没擦差不多，但如果仔仔细细的擦一下的话又很费时间，而且还容易弄脏自己的手和衣物。

发明内容

本发明提供了一种自动擦鞋装置，其包括电源单元、系统控制单元、红外发射与接收单元、电机驱动单元以及电机单元；

所述电源单元与所述系统控制单元连接并为所述系统控制单元供电；

所述红外发射与接收单元同所述系统控制单元连接，所述红外发射与接收单元包括红外发射模块与光电转换模块，所述红外发射模块向所述光电转换模块发出红外光，当所述红外发射模块与所述光电转换模块之间的光路无遮挡时，所述光电转换模块接收所述红外光产生一启动信号并输出给所述系统控制单元，当所述红外发射模块与所述光电转换模块之间的光路被遮挡时，所述光电转换模块接收所述红外光产生一停止信号并输出给所述系统控制单元；

所述系统控制单元接收所述启动信号或停止信号并产生一开始转动信号或停止转动信号，所述电机驱动单元接收所述系统控统单元的开始转动信号或停止转动信号并输出开始转动电平或停止转动电平；

所述电机单元接收所述开始转动电平或停止转动电平并执行开始转动或停止转动。

较佳地，所述电源单元包括依次连接的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路，所述变压器用于降低输入降压，所述整流电路将降压后的电压通过二极管变为单向的脉动电压，所述滤波电路用于降低整流后输出电压中的脉动成分使其变为脉动直流电压，所述稳压电路接收所述脉冲直流电压输出一稳定电压值。

较佳地，所述红外发光模块为已红外发光二极管，所述光电转换模块为一光敏二极管。

较佳地，所述系统控制单元为一单片机。

较佳地，所述电机单元包括两个直流电机。

较佳地，所述电机驱动单元包括一驱动芯片，所述驱动芯片包括两个分别用于控制两个电机转动的端口与四个控制所述两电机正反转的端口。

较佳地，其还包括显示电路，所述显示电路与所述系统控制单元连接，其用于显示擦鞋机的运行状态。

本发明采用红外线发射、接收，并通过集成电路控制，设计合理、操作简便，实现了红外线感应的启动方式，同时鞋子离开后自动关闭的设计，实现了可显示擦鞋机的运行状态的设计。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自动擦鞋装置结构原理图；

图2为本发明实施例提供的电源单元电路原理图；

图3为本发明实施例提供的红外发射与接收单元电路原理图；

图4为本发明实施例提供的系统控制单元原理示意图；

图5为本发明实施例提供的电机驱动单元原理示意图。

具体实施例

本发明实施例提供了一种自动擦鞋装置，其包括电源单元、系统控制单元、红外发射与接收单元、电机驱动单元以及电机单元；

所述系统控制单元接收所述启动信号或停止信号并产生一开始转动信号或停止转动信号，所述电机驱动单元接收所述系统控统单元的开始转动信号或停止转动信号并输出开始转动指令或停止转动指令；

所述电机单元接收所述开始转动指令或停止转动指令并执行开始转动或停止转动。

其中电机单元包括电机1与电机2。

本实施例中，电源单元包括依次连接的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路，其电路原理图如图2所示，其各部分作用如下：

1、变压器

一般的变压器具有一个初级绕组、一个或多个次级绕组，线圈绕在铁心上。给初级绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在次级绕组上则有电压输出。

在给变压器的初级绕组通以交流电时，绕组周围会产生磁场，尽管有铁心给绝大部分磁力线构成磁路，但仍有一些磁力线散布在变压器附近的一定空间范围内。这些磁力线会对附近的电路形成一定的磁干扰，所以一般要给变压器加上屏蔽壳。屏蔽壳不仅可防止变压器干扰其他电器，同时亦可防止其他杂散磁场干扰变压器的正常工作。

2、整流电路

整流电路是由四个型号为IN4007的整流二极管构成桥式整流电路而形成的，它的作用是将经变压器降压后的交变电压通过二极管变为单向的脉动电压。

3、滤波电路

滤波电路的作用就是降低整流后输出电压中的脉动成分使其变为脉动直流电压。该滤波电路是电容滤波电路。利用电抗元件在电路中有储能的作用，滤去电源中的脉动成分，从而得到比较平滑的电源波形。

负载平均电压VL升高，纹波（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。

为了得到平滑的负载电压，一般取

_d= R_LC

（3~5）

（2-1）

式中T为电源交流电压的周期。

在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间满足上式的关系时，电容滤波电路的负载电压VL与V2的关系约为

VL =（1.1~1.2）V2 （2-2）

总之，电容滤波电路简单，负载直流电压VL较高，纹波也较小，它的缺点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

4、稳压电路

电源通过降压、整流、滤波后，要提供给电子器件或芯片工作的电源，保证其正常的工作和精确的取样，还需经过稳压，滤波。为了保证稳压器正常工作，必须保证具有一定的输入、输出电压差。如果输出确定，则输入必须保证大于一定值。若输入太低，则可能导致稳压器稳压性能不好，而且输出电压的纹波也会过大。在稳压器的运行过程中，由于它要消耗一定的功率，所以一般而言，发热比较严重，在负载较大时，需使用散热片帮助其有效散热。

本实施例中，红外发射与接收单元包括，其电路原理图如图3所示，其中红外发光二极管VD1和RP1组成红外发射模块，可调电阻RP1用作降压限流，通过调节RP1的大小，使红外发光二极管VD1的工作电流限制在90mA之内，以免发光管电流过大而烧毁，并保证其正常工作。VD2为红外光敏二极管，它和R2组成光电转换模块，在红外光发射与接收间的红外线光路不被遮挡时，VD2将VD1发来的红外光信号转换成电信号，使VD2呈低阻抗（约几千欧），使A点的电压小于等于0.35伏，VT呈截止状态，B点呈高电平。在红外光发射与接收间的红外线光路被遮挡时，VD2接收不到VD1发来的红外光，VD2呈高阻（暗阻大于或等于500 kΩ）使A点电位升高，VT饱和导通，B点电位小于等于0.4伏。

本实施例提供的系统控制单元包括一个微处理器，该微处理器采用单片机AT89C51，AT89C51是一个只有20引脚的芯片，其相对AT89C51减少了两个对外端口P1和P2，适合于对端口数量要求不高的小型系统。各I/O口的最大吸收电流为25mA，能直接驱动LED。软件能与AT89C51系列兼容。综上所述，AT89C51能够达到我们期望的功能和性能要求，图4给出了该微处理器的工作原理图。其具体包括以下各部分：

（1）上电自动复位电路

在RST复位端接一个电容至VCC和一个电阻至GND（地），就能实现上电自动复位。在加电瞬间，电容通过电阻充电，就在RST端出现一定时间的高电平，只要高电平时间足够长，就可以使MCS-51有效地复位。RST端在加电时应保持的高电平时间包括VCC的上升时间和振荡器起振的时间。所以一般为了可靠的复位，RST在上电时应保持20ms以上的高电平。RC时间常数越大，上电时RST端保持高电平的时间越长。若复位电路失效，加电后CPU从一个随机的状态开始工作，系统就不能正常运转。

（2）时钟电路

时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，单片机内部有一个带反馈的线性反相放大器，外接晶振和电容组成振荡器。加电延时一段时间（约10ms）振荡器起振产生时钟，不受软件控制（X2输出幅度为3V左右的正弦波）。振荡器产生的时钟频率就是晶振上表明的频率。电容C5和C6的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用（C5、C6大，f变小），其典型值为30PF。

（3）显示电路

显示电路是由软件控制的，当P2.0口为“0”（单片机系统控制电路正常工作）时，发光二极管LED亮；当P2.0口为“1”（单片机系统控制电路停止工作）时，发光二极管LED不亮。

本实施例提供的电机驱动单元包括一驱动芯片，所述驱动芯片包括两个分别用于控制两个电机转动的端口与四个控制所述两电机正反转的端口。其具体结构如图5所示，电机驱动电路是由控制系统电路控制的，控制系统电路收到信号后，由单片机的运行和处理赋予驱动芯片L298端口（EN12、EN34、IN1、IN2、IN3、IN4）逻辑电平，其中EN12控制右边电机的转动，EN34控制左边电机的转动；IN1、IN2、IN3、IN4控制电机的正反转。经过实验，VM电压应该比VCC电压高，否则有时会出现失控现象。L298可直接的对电机进行控制，无须隔离电路。通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，非常方便，亦能满足直流电机的大电流要求。调试时在依照表2-1，用程序输入对应的电平，能够实现对应的动作，调试通过。下表是其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种自动擦鞋装置，其特征在于，包括电源单元、系统控制单元、红外发射与接收单元、电机驱动单元以及电机单元；

所述电源单元分别与所述系统控制单元、电机驱动单元连接，并为所述系统控制单元、电机驱动单元供电；

所述红外发射与接收单元与所述系统控制单元连接，所述红外发射与接收单元包括红外发射模块与光电转换模块，所述红外发射模块向所述光电转换模块发出红外光，当所述红外发射模块与所述光电转换模块之间的光路无遮挡时，所述光电转换模块接收所述红外光产生一启动信号并输出给所述系统控制单元，当所述红外发射模块与所述光电转换模块之间的光路被遮挡时，所述光电转换模块接收所述红外光产生一停止信号并输出给所述系统控制单元；

所述系统控制单元接收所述启动信号或停止信号并产生一开始转动信号或停止转动信号，所述电机驱动单元接收所述系统控统单元的开始转动信号或停止转动信号并输出一开始转动电平或停止转动电平；

2.如权利要求1所述的自动擦鞋机，其特征在于，所述电源单元包括依次连接的变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路，所述变压器用于降低输入降压，所述整流电路将降压后的电压通过二极管变为单向的脉动电压，所述滤波电路用于降低整流后输出电压中的脉动成分使其变为脉动直流电压，所述稳压电路接收所述脉冲直流电压输出一稳定电压值。

3.如权利要求1所述的自动擦鞋机，其特征在于，所述红外发光模块为已红外发光二极管，所述光电转换模块为一光敏二极管。

4.如权利要求1所述的自动擦鞋机，其特征在于，所述系统控制单元为一单片机。

5.如权利要求1所述的自动擦鞋机，其特征在于，所述电机单元包括两个直流电机。

6.如权利要求5所述的自动擦鞋机，其特征在于，所述电机驱动单元包括一驱动芯片，所述驱动芯片包括两个分别用于控制两个电机转动的端口与四个控制所述两电机正反转的端口。

7.如权利要求1所述的自动擦鞋机，其特征在于，其还包括显示电路，所述显示电路与所述系统控制单元连接，其用于显示擦鞋机的运行状态。