湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

目錄

1產品功能分析....................................................................................................1

2設計方案遴選..............................................................................................1

2.1單片機的選擇...................................................................................1

2.2傳感器的選擇...................................................................................2

2.3電機驅動選擇方案................................................................................2

2.4馬達的選擇方案....................................................................................3

2.5系統(tǒng)框圖設計........................................................................................3

3產品模塊設計..............................................................................................3

3.1產品組成...........................................................................................4

3.2產品功能...........................................................................................4

4產品硬件設計..............................................................................................4

4.1系統(tǒng)原理圖.......................................................................................4

4.2系統(tǒng)硬件設計...................................................................................5

4.3ArduinoUNO開發(fā)板........................................................................6

4.4超聲波傳感器...................................................................................7

4.5L9110S電子驅動模塊......................................................................8

5產品軟件設計..............................................................................................8

5.1程序流程圖.......................................................................................8

5.2程序設計.........................................................................................11

6產品使用說明............................................................................................12

6.1產品裝配圖.....................................................................................12

6.2產品操作說明.................................................................................12

7產品設計技術標準....................................................................................15

8參考資料..........................................................................................................15

附錄.....................................................................................................................16

附錄1元器件清單.....................................................................................16

I

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附錄2電路原理圖....................................................................................17

附錄3PCB設計圖.....................................................................................18

附錄4產品實物圖....................................................................................19

附錄5主程序代碼.....................................................................................20

II

湖南商務職業(yè)技術學院畢業(yè)設計

基于Arduino的智能洗手液控制器設計與制作

1產品功能分析

新冠疫情爆發(fā)后，人們對于防控傳染性病毒和疾病的意識逐步提高，相

較以前更加注意公共用品的衛(wèi)生和安全，時刻提防病毒的傳播。隨著科技進

程的高速發(fā)展，超聲波技術就在其中有著十分廣泛的運用。作為一種智能型

的非接觸性技術，它擁有傳播距離遠，聚向功能好的特點。本產品是以

ArduinoUNO開發(fā)板作為主體部分，另接超聲波傳感器與L9110S電機驅動

模塊與帶減速機構的130電機，當超聲波傳感器檢測到物體（手）靠近時，

控制按壓電機轉動，從而按壓洗手液，當手離開時按壓電機停止轉動，實現(xiàn)

無接觸式地使用洗手液，避免通過物體接觸感染病毒。

2設計方案遴選

2.1單片機的選擇

方案一:選擇STC89C51作為系統(tǒng)的主要芯片。C51采用的是8051核的ISP

在系統(tǒng)可編程芯片，芯片配合電腦端直接將程序燒入至單片機，不僅速度更

快，還可節(jié)省購買編程器的開銷。新一代8051單片機具備有高速、低功耗的

特點。

方案二:選擇ArduinoUNO作為開發(fā)板。Arduino改善自身的設計方法的同

時，制作了更加簡潔的編程語言。在做項目中，不需要考慮硬件部分的設計，

可直接按需求選用Arduino的控制板等組成自己需要的硬件系統(tǒng)。Arduino的理

念就是開源，軟硬件全部開放，完全不做任何保留。

綜上所述，我選擇了ArduinoUNO開發(fā)板，它有更廣泛的學習資源，操作

簡單，可以配合圖形化編程直接生成代碼，編程簡單，連接傳感器無需焊接，

直接通過所連接的傳感器感知外界。所以我選擇使用ArduinoUNO開發(fā)板進行

設計。

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2.2傳感器的選擇

方案一：選擇超聲波傳感器。超聲波傳感器的原理是反射聲波，檢測波的

同時，測量波從發(fā)送到接受所需的時間。然后以此為依據(jù)估算距離。雖然超聲

波在測定區(qū)域邊緣時不如紅外線準確，不過選擇超聲波傳感器的主要因素在于

優(yōu)化調整，效率提升并確保提供額外的安全性在制造設施等方面。

方案二：紅外傳感器的工作原理是反射光波。可用于測量距離或接近度。

通過檢測發(fā)射的紅外信號遇到障礙時的反射光，然后計算傳感器和物體之間的

距離估計。但其一的缺點在于容易受環(huán)境影響，例如紅外線傳感器在黑暗中工

作更容易檢測到明亮的區(qū)域，而對較暗的區(qū)域檢測的靈敏度反而沒那么高，或

者當前方遇到障礙時穿透力較差。相比之下，這一點超聲波傳感器更具優(yōu)勢。

綜上所述，我選擇超聲波傳感器，紅外傳感器在黑暗環(huán)境下的效果不如超

聲波傳感器，超聲波傳感器更能適應不同環(huán)境下的工作需求。

2.3電機驅動選擇方案

方案一：L9110S是一種半導體集成產品，為了控制和驅動電機設計的兩通

道推挽式功率放大專用集成電路器件。兩個兼容電平的輸入--TTL/CMOS，使

它具有良好的抗干擾性；兩個輸出端具有較大的電流驅動，能直接驅動電機的

正反向運動。內置的限制電位二極管能釋放感性負載的反向沖擊電流，使它在

各個方面的使用上更加安全可靠。

方案二：L298N，則是一款接受高電壓的電機驅動器。它同樣能進行正轉

反轉驅動，且操作簡單、穩(wěn)定性好，可以滿足直流電機的大電流驅動條件。但

是缺點在于噪聲干擾，且發(fā)熱量比較大，出發(fā)看門狗，所以不能共用5V電

源。雖然使用兩個電源模塊可以解決這個問題，但是需要在穩(wěn)壓前進行共地。

對于本設計，選擇簡單有效的方案才是最優(yōu)解。

綜上所述，我選擇L9110S作為電機驅動，功率不需要太大，且完全適應

本產品方案中驅動電機的正反向運動的需求，保證產品效果穩(wěn)定。

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2.4馬達的選擇方案

方案一：選擇180馬達。180馬達帶有3萬轉的馬力。大電流大扭矩。

方案二：選擇130馬達。130馬達扭力大，轉速快，性能穩(wěn)定。

綜上所述，選擇130馬達，它性價比高，性能穩(wěn)定，而且

尺寸也適用于本設計。

2.5系統(tǒng)框圖設計

此方案：基于ArduinoUNO智能洗手液設計與制作：

超聲波

可執(zhí)行按

傳感器

壓洗手液

Arduino

UNO開發(fā)板

檢測到

物體，9110s驅動

發(fā)送數(shù)130電機

字信號

藍牙控制輸出數(shù)字

信號，發(fā)送指令

圖2.1系統(tǒng)框圖設計

3產品模塊設計

此產品使用ArduinoUNO開發(fā)板，外接了超聲波傳感器、藍牙模塊與帶

130馬達的L9110S電機驅動制造而成，符合產品設計技術標準。

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3.1產品組成

1、ArduinoUNO開發(fā)板

2、超聲波傳感器

3、L9110S電機驅動

4、130馬達

5、洗手液與積木套件

6、藍牙模塊

3.2產品功能

在工作狀態(tài)下，超聲波傳感器檢測到物體（手）靠近，會發(fā)送數(shù)字信號給

ArduinoUNO開發(fā)板，開發(fā)板通過L9110S電機驅動輸出低電平按壓洗手液，

實現(xiàn)無接觸式洗手液。

4產品硬件設計

4.1系統(tǒng)原理圖

此產品是以ArduinoUNO開發(fā)板控制電機按壓智能洗手液設計為目的的。

產品是以ArduinoUNO開發(fā)板作為主體部分，外接超聲波傳感器與帶130馬達

的L9110S電機驅動。系統(tǒng)原理圖如下：

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圖4.1系統(tǒng)原理圖

4.2系統(tǒng)硬件設計

圖4.2系統(tǒng)設計圖

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4.3ArduinoUNO開發(fā)板

ArduinoUNO特點：具有14路數(shù)字輸入/輸出口、16MHz晶振時鐘、不僅

可以簡便地連接傳感器，通過不同的傳感器來感知外界，并通過裝置進行反

應，還可以通過USB直接燒錄程序。并具備有在不同的系統(tǒng)上運行的能力，

如Windows、MacOS、Linux系統(tǒng)。

ArduinoUNO優(yōu)點：簡單清晰，系統(tǒng)完善。可配合圖形化編程軟件進行編

程，可跨平臺開發(fā)，并具有硬件開發(fā)的趨勢。

圖4.3ArduinoUNO開發(fā)板核心電路圖

圖4.4ArduinoUNO開發(fā)板實物圖

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4.4超聲波傳感器

超聲波傳感器是將超聲波信號轉換成其它能量信號（通常是電信號）的傳

感器。常用的由壓電晶片組成，具有震動頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，方向

性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。

圖4.5超聲波傳感器原理圖

圖4.6超聲波傳感器實物圖

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4.5L9110S電子驅動模塊

L9110S是一種半導體集成產品，其中內置的限制電位的二極管，使得它在

直流電機和驅動繼電器等使用上安全可靠。因此，L9110S被廣泛應用于各種驅

動等電路上。

圖4.7L9110S電機驅動模塊原理圖

5產品軟件設計

5.1程序流程圖

系統(tǒng)程序流程圖如下圖所示，當主程序初始化之后，檢測是否有物體靠

近，與此同時超聲波傳感器內部運行子程序，距離范圍內，電機轉動按壓洗手

液。

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圖5..1主程序流程圖

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圖5.2超聲波子程序流程圖

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5.2程序設計

圖5.3程序設計界面

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6產品使用說明

6.1產品裝配圖

圖6.1產品裝配圖

6.2產品操作說明

第一步如下圖接通電源。

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圖6.2產品待機狀態(tài)

第二步如下圖，當有物體（手）靠近時，達到范圍距離（大于1并且小于

16cm），電機轉動按壓洗手液。

圖6.3檢測到手的狀態(tài)

第三步如下圖，手離開，電機停止轉動。

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圖6.4自動出液狀態(tài)

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7產品設計技術標準

[1]J-STD-001E電氣與電子組件的焊接要求

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E電子組件的可接受性要求

[3]IPC-7711/21電子組件和電路板的返工&返修

[4]GB/T11457-2006信息技術軟件工程術語；

[5]GB/T8566-2007信息技術軟件生存周期過程標準；

[6]GB/T8567-2006計算機軟件文檔編制規(guī)范。

8參考資料

[1]陳呂洲.Arduino程序設計基礎：北京航天航空出版社，2014:5-6

[2]（美）布魯姆（Blum，J.）著：況琪，王俊升譯.Arduino魔法書：實現(xiàn)夢想的工

具和技術：電子工業(yè)出版社，2014.10

[3]SimonMonk著，唐樂譯.Arduino+Android互動智作：科學出版社，2013-1

[4]馬建國.電子系統(tǒng)設計.北京:高等教育出版社，2004.1.

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附錄

附錄1元器件清單