【文章內(nèi)容簡介】 3。 24 輔助按鍵部分程序 24 錯誤處理部分程序 26 EEPROM 讀寫部分程序 26 結(jié) 論 28 參考文獻 29 附錄 1 系統(tǒng)總體電路圖 30 附錄 2 系統(tǒng)實物圖片 31 致 謝 32 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第 1 章 緒 論 按鍵以簡單、靈活、易操作等特性被廣泛應(yīng)用在生活中的方方面面。其種類繁多，具體有 薄膜按鍵 、 輕觸按鍵 、 貼片按鍵 、 直插按鍵 、自鎖按鍵、多檔按鍵等形式的封裝。在對工業(yè)產(chǎn)品和日常用品的操作中，按鍵是進行人機接觸的主要方式，是人們實現(xiàn)對裝置控制的主要手段。在實際應(yīng)用中，按使用頻率主要將按鍵分為高頻率按壓按鍵和低頻率按壓按鍵，如相機、液晶顯示器等設(shè)備中所用按鍵即可歸類為低頻率按壓按鍵，而焦化測溫儀中所用按鍵即可歸類為高頻率按壓按鍵。按鍵在被高頻率按壓使用時，其使用壽命無疑成為一項必須考慮和測 試的指標(biāo)。薄膜按鍵的壽命一般在幾十萬次到上百萬次之間，由人工測試幾乎是不可能的，這就需要設(shè)計出一個可靠的機電結(jié)合系統(tǒng)實現(xiàn)對按鍵的自動測試。 本設(shè)計主要實現(xiàn)自動按鍵，將采集到的按鍵次數(shù)等數(shù)據(jù)進行處理并實時的顯示在液晶屏上，從而能直觀的讀出已按鍵的次數(shù)。直到檢測到自動按鍵裝置運行正常但計數(shù)值不再增加且系統(tǒng)報錯并停止工作，這時所顯示的數(shù)據(jù)即為薄膜按鍵的使用壽命。 從總體論證和整體工程來看，本設(shè)計主要需進行以下七個方面的工作： 1．機電結(jié)合方案的論證分析。 2．機械固定裝置的設(shè)計與繪制。 3．自動按鍵裝置的驅(qū)動控制 。 4．按鍵的采集掃描與處理。 5．實時顯示按鍵測試的數(shù)據(jù)。 6． EEPROM 對配置參數(shù)和數(shù)據(jù)的保存記錄。 7．錯誤的判斷處理與系統(tǒng)保護。 整個系統(tǒng)對采集到的按鍵信號進行處理，并用單片機內(nèi)置的 EEPROM 對數(shù)據(jù)進行保存記錄，其中的錯誤處理函數(shù)在檢測到錯誤次數(shù)達到一定值后會自動存儲測試數(shù)據(jù)并斷開電磁鐵，達到對整個系統(tǒng)的保護。機電結(jié)合控制與各個部分的良好配合是系統(tǒng)可靠運行的保證。 基于 MCU的薄膜按鍵壽命測試系統(tǒng) 2 第 2 章 機電結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 自動按鍵方式的選擇 經(jīng)過現(xiàn)場測試得出，機械按鍵需 165g 左右的壓力被按下，薄膜按鍵則需 380g 左右的壓力才能被按下。所以要測試薄膜按鍵的壽命，施壓荷重應(yīng)至少大于 380g。 1．電機自動按鍵 電機的精度較高，驅(qū)動方式靈活，但 轉(zhuǎn)速太高， 不能 輸出較大力矩 ， 要想 實現(xiàn) 無極調(diào)速得配變頻器 且需要編碼控制。因為所要測試的薄膜按鍵壽命在幾十萬次到上百萬次之間，所以電機的使用壽命也是一個需重點考慮的因素。 2．電磁鐵自動按鍵 電磁鐵 的磁性有無可以由通斷電來控制 ， 磁性強弱可以由電流大小來控制 。 用電磁鐵做動力來源有 四 大優(yōu)勢： 1) 耗能小， 2) 儲能能力強， 3) 控制方法容易 ， 4) 運行速度便于控制。 3．氣壓調(diào)節(jié)器按鍵 氣壓調(diào)節(jié)器通過電磁閥給直動氣缸供應(yīng)所需氣壓使其上下運動 ，從而達到自動按鍵的目的 。 這種方式理論上可取，但成本高且裝置龐大，不易進行操作控制。 4．本設(shè)計采用的按鍵方式 綜合上述分析考慮，本系統(tǒng)采用電磁鐵自動按鍵，且所選電磁鐵在額定電壓下工作時所提供的吸引力應(yīng)在 380g 以上。具體從體積大小、固定方式、使用壽命、額定電壓下提供的壓力等方面綜合比較論證后，發(fā)現(xiàn)型號為 MK0837HH01 的電磁鐵各項指標(biāo)都符合條件。其相關(guān)參數(shù)如下： 電壓： DC12V 電流： 力量：通電 DC12V， 6mm行程時，吸引力在 400g 以上 除綜合考慮的因素滿足本設(shè)計外，其所提供的額定值也都達到所需要求，符合薄膜按鍵需要 380g 壓力被按下的條件，最終選擇型號為 MK0837HH01 的電磁鐵。 機電結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計是機電配合應(yīng)用的很好實例，機械設(shè)計的固定裝置用來對單片機及其外圍電路、電磁鐵及其驅(qū)動電路分別進行固定并使之在一個工作界面上，且確保電磁鐵探頭的中心點與被測試按鍵的中心點在同一條水平線上，同時底部采用滑軌支架和可移動的 滑軌來靈活調(diào)節(jié)兩部分的距離，方便對系統(tǒng)的測試、控制和操作。 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 321圖 21 固定裝置裝配圖 各個功能模塊在總體裝配圖上的位置如圖 21 所示，其中圖號 1 為固定單片機系統(tǒng)底座，圖號 2 為可移動加固滑塊，圖號 3 為固定電磁鐵底座，此三部件均為自己設(shè)計繪制且最后送工廠加工出的實物。整個系統(tǒng)需要強電和弱電結(jié)合控制，其中電磁鐵驅(qū)動電路采用 12V 直流電源供電，單片機系統(tǒng)采用 3V 弱電供電，為隔離 輸入 、 輸出電信號 和防止電磁干擾，強弱電之間用光電耦合器進行隔離。 機電控制方案 本機電控制系統(tǒng)主要由機械固定部分和單片機處理部分組成，兩部分共同 配合實現(xiàn)對電磁鐵驅(qū)動電路的控制，從而實現(xiàn)自動按鍵。系統(tǒng)總體框圖如圖 22 所示。 單片機系統(tǒng)側(cè)視圖 底部滑軌支架 滑軌上可移動滑塊 電磁鐵按鍵 裝置 單片機系統(tǒng)上的被測按鍵 電磁鐵驅(qū)動電路板頂視圖 基于 MCU的薄膜按鍵壽命測試系統(tǒng) 4 圖 22 機電結(jié)合系統(tǒng)總體框圖 整個系統(tǒng)主要由機械固定裝置和 P89LPC936 單片機及其相關(guān)外圍電路兩大部分組成。 機械固定裝置用來對單片機及其外圍電路、電磁鐵及其驅(qū)動電路分別進行固定并使之在一個工作界面上，且確保電磁鐵探頭的中心點與被測試按鍵的中心點在同一條水平線上。 單片機結(jié)合液晶顯示電路、蜂鳴報警電路、電磁鐵驅(qū)動電路等子模塊對掃描采集到的按鍵信號進行處理、記錄、顯示 。 機械固定 裝 置 可移動加固滑塊 固定電磁鐵底座 固定單片機系統(tǒng)底座 P89LPC936單片機 按鍵掃描 蜂鳴報警電路 液晶顯示電路 光電隔離 被測薄膜按鍵 電磁鐵驅(qū)動電路 直流電源供電 3V電源供電 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 第 3 章 機械固定裝置設(shè)計 裝配圖的作用 裝配圖是用來表達機器或部件的圖樣，是用于表示部件或機器的工作原理、零件之間的裝配關(guān)系和各零件的主要結(jié)構(gòu)形狀以及裝配、檢驗、安裝時所需尺寸重要技術(shù)文件。 在新設(shè)計測繪部件或機器時，先要畫出裝配圖表示該部件或機器的構(gòu)造和裝配關(guān)系，并確定各零件的結(jié)構(gòu)形狀和協(xié)調(diào)尺寸等，然后再根據(jù)裝配圖進行零件設(shè)計，畫出符合部件或機器要求的零件圖 。 在裝配部件時，則要根據(jù)裝配圖及其技術(shù)要求，把零件按一定順序進行裝配 。 在使用、管理、維修時，需要利用裝配圖了解部件或機器的結(jié)構(gòu)和工作原理 等。裝配圖是反映設(shè)計思想 、 裝配、使用機器和進行技術(shù)交流的重要技術(shù)文件。 圖 21 即為本系統(tǒng)總體裝配圖，設(shè)計整個裝置前應(yīng)充分考慮方案可行性，使之裝配方便合理。 固定單片機系統(tǒng)底座 如圖 31 所示，此部件用來固定單片機系統(tǒng)，是完全由自己設(shè)計繪制并出圖。在這個部件中應(yīng)注意對埋孔及螺孔的繪制。埋孔要結(jié)合實物繪制，充分考慮富余量。 圖 31 固定單片機及其按鍵底座示意圖 固定單片機系統(tǒng)的底部螺孔 固定可移動滑塊的通孔 固定單片機系統(tǒng)的埋孔 基于 MCU的薄膜按鍵壽命測試系統(tǒng) 6 可移動加固滑塊 如圖 32 所示，此部件主要用來加固單片機 及其按鍵，是可移動的靈活部件。 圖 32 可移動加固滑塊示意圖 固定電磁鐵底座 如圖 33 所示，此部件用來固定電磁鐵及其驅(qū)動電路。其尺寸的大小是比對實物后確定下來的，此部分應(yīng)注意對剖面的理解和繪制，同時在尺寸上要考慮富余量。 AAAA3050 圖 33 固定電磁鐵底座示意圖 固定電磁鐵區(qū)域 固定驅(qū)動板的螺孔 用于微調(diào)加固滑塊 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 第 4 章 硬件系統(tǒng)功能電路分析 P89LPC936 單片機概述 P89LPC936 是一款單片封裝的微控制 器。它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時間只需 2 到 4 個時鐘周期 ， 6 倍于標(biāo)準(zhǔn) 80C51 器件。 內(nèi)部 集成了許多系統(tǒng)級的功能，可大大減少元 器 件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。 其引腳封裝如圖 41 所示。 圖 41 P89LPC936單片機引腳封裝圖 其主要特性如下： 1) 16kB 可字節(jié)擦除的 Flash 程序存儲器，組成 2kB 扇區(qū)和 64 字節(jié)頁。單個字節(jié)擦除功能允許 Flash 程序存儲器的任何字節(jié)可用作非易失性數(shù)據(jù)存儲器。 2) 256 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲器。還包括一個 512 字節(jié)的附加片內(nèi) RAM。 3) 512 字節(jié)片內(nèi)用戶數(shù)據(jù) EEPROM 存儲區(qū)，可用來存放器件序列碼及設(shè)置參數(shù)等。 4) 兩個 4 路輸入的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 /DAC 輸出。 2 個模擬比較器 。 5) 16 位定時 /計數(shù)器 (每一個定時器均可設(shè)置為溢出時觸發(fā)相應(yīng)端口輸出或作為PWM 輸出 )和 1 個 23 位的系統(tǒng)定時器，系統(tǒng)定時器可用作實時時鐘。 6) 增強型 UART。具有波特率發(fā)生器、間隔檢測、幀錯誤檢測、自動地址檢測功能 。 7) 400kHz 字節(jié)寬度 I2C 總線通信端口和 SPI 通信端口。 8) 捕獲 /比較單元 （ CCU） 提供 PWM，輸入捕獲和輸出比較功能。 基于 MCU的薄膜按鍵壽命測試系統(tǒng) 8 9) 選擇片內(nèi)高 精度 RC 振蕩器時不需要外接振蕩器件?？蛇x擇 RC 振蕩器選項并且其頻率可進行很好的調(diào)節(jié)。 10) VDD 操作電壓范圍為 ～ 。 I/O 口可承受 5V（ 可上拉或驅(qū)動到 ） 。 11) 28 腳 TSSOP、 PLCC 和 HVQFN 封裝。最少有 23 個 I/O 口，當(dāng)選擇片內(nèi)振蕩器和片內(nèi)復(fù)位時 I/O 口可高達 26 個。 12) 可編程 I/O 口輸出模式：準(zhǔn)雙向口，開漏輸出，推挽和僅為輸入功能。 13) 所有口線均有 （ 20mA） LED 驅(qū)動能力。但整個芯片有一個最大值的限制。 14) 4 個中斷優(yōu)先級 ； 8 個鍵盤中斷輸入，另加 2 路外 部中斷輸入 。 經(jīng)過認(rèn)真考慮，我最終選擇 PHILIPS 公司的 P89LPC936 單片機來控制本系統(tǒng)。它的功能強大、速度快、片內(nèi)集成高精度的晶振、片內(nèi)內(nèi)置 512 字節(jié)的 EEPROM、性價比高。此款單片機的高集成度使所需外掛器件更少，對于本系統(tǒng)現(xiàn)階段設(shè)計的功能都能夠很好的滿足。它編程方便，不需要昂貴的編程器，對于本系統(tǒng)來說是比較合理的選擇。 電磁鐵驅(qū)動模塊 電磁鐵需在額定條件下運行以提供大于 380g的壓力，這就需要選擇功率大且穩(wěn)定的驅(qū)動管來驅(qū)動電磁鐵，本系統(tǒng)選擇 TIP127 達林頓管，同時用 TLP113 光電耦合 器隔離 輸入、輸出 的 電信號 。 達林頓管 TIP127 三極管是一種控制元件，最基本的作用是放大作用 ， 主要用來控制電流的大小 ， 可以把微弱的電信號變成一定強度的信號， 其中集電極電流 IC 的變化量與 基極電流 IB 的 變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù) β（ β=ΔIC/ΔIB， Δ 表示變化量），三極管的放大倍數(shù) β一般在幾十到幾百倍。 TIP127 是 中功率的 PNP 型達林頓管，其外觀和內(nèi)部電路如圖 42 所示。 圖 42 達林頓管 TIP127 吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 其一些技術(shù)參數(shù)的最大值如下： 電流參數(shù)： IC=5A， ICM=8A， IB=120mA 電壓參數(shù)： UCEO=UCBO=100V， UEBO=5V 功 率： Ptot=65W 放大倍數(shù)： IC/ IB=250 測試得出，電磁鐵在額定條件下吸合時的電阻為 9Ω，由此計算出其所需電流為 12 V /9Ω =，經(jīng)過選擇比較，達林頓管 TIP127 的電壓、電流等參數(shù)能完全滿足本系統(tǒng)中對電磁鐵的驅(qū)動要求且性能穩(wěn)定、性價比高。 光電耦合器 TLP113 光電耦合器 是一種電信號的耦合器件 ， 對輸入、輸出電信號起隔離作用 。 一般是將發(fā)光二極管和光敏三極管的光路耦合在一起，輸入和輸出之間不可共地，輸 入電信號加于發(fā)光二極管上，輸出信號由光敏三極管取出。光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原