按摩器控制板开发设计

我们基于单片机设计了一款智能按摩器，在控制板上安装运行方向选择按钮，可以通过调节电机的正／反转运动方向来实现对肌肉的定向推拉。根据中医学理论，对人体的足底、颈椎、头部、腰部和腹部等部位的肌肉进行按摩，可以刺激穴位，促进局部血液循环，加速细胞新陈代谢，放松肌肉，消除疲劳和防治疾病，并起到一定的保健、健身和减肥作用。

一、按摩器总体设计方案

传统的电磁式按摩器主要由振动弹簧片、按摩头、铁芯和线圈等构成．根据电磁感应原理，当铁芯上的线圈接交流电时将产生变化的磁场．在磁场力和弹簧反作用力的作用下，按摩头反复振动，从而产生按摩效果．通过改变频率、电流强度或铁芯间隙的大小可以改变振动强度．传统的按摩机体积大、功率大、噪音大，不适合于家用，一般在超市或康复医院使用．随着电子技术的发展，智能产品越来越普及．由于单片机具有集成度高、运算速度快、体积小、应用灵活、运行可靠和价格低廉等特点，因此在智能设备上用单片机的数字式调速取代模拟式调速是一种发展趋势．步进电机的电机功率太小，转速相对较低，故选取直流电机作为震动源．直流电机的调速比交流电机的调速简单，更容易实现。

系统的总体设计结构如图１所示．电源模块提供单片机及直流电机驱动模块的工作电压．单片机根据按键模块运行方向与强度产生ＰＷＭ脉宽调制波形，以控制直流电机驱动模块；通过改变直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电机的平滑转速；利用电机正转、反转、加速和减速的变化来产生按摩作用；设有ＬＥＤ显示器实时显示电机的工况信息。

二、控制系统硬件设计

2.1按摩器芯片选择

（１）主控芯片ＡＴ８９Ｃ５２．ＡＴ８９Ｃ５２是ＩＮＴＥＬ公司生产的ＣＭＯＳ８位单片机，能兼容ＭＣＳ５１指令系统．它具备ＣＨＭＯＳ的低功耗和ＨＭＯＳ的高速、高密度技术特征，具有电压低和性能高的优点，属于８０Ｃ５１增强型单片机．片内含８ｋＢ可反复擦写（大于１０００次）的ＦｌａｓｈＲＯＭ存储器和２５６×８ｂｉｔｓ的内部ＲＡＭ，３２个双向Ｉ／Ｏ口，时钟频率为０～２４ＭＨｚ．芯片采用ＡＴＭＥＬ公司的高密度、非易失性存储技术生产，集成了时钟输出和向上／向下计数器功能，采用低功耗空闲和掉电模式，具有软件设置睡眠和唤醒功能．ＡＴ８９Ｃ５２单片机在电子行业中被广泛应用。

（２）电机驱动芯片．Ｌ２９８Ｎ是ＳＧＳ公司生产的产品，采用单列直插式，共有１５个管脚．其包含４通道逻辑驱动电路，可以驱动１个两相步进电机、１个四相电机或２个二相直流电机．Ｌ２９８Ｎ是一种双Ｈ桥电机驱动芯片，每个Ｈ桥可以提供２Ａ的电流，功率部分的供电电压范围是２．５～４８Ｖ．它直接通过电源来调节输出电压，也可以直接用单片机的Ｉ／Ｏ口提供信号，电路简单，使用方便。Ｌ２９８Ｎ有２组输入和输出引脚，可驱动２个电机．输入引脚ＩＮ１和ＩＮ２与单片机Ｐ２．１和Ｐ２．０引脚相连，ＥＡ与Ｐ３．０相连，逻辑控制引脚ＶＳ接＋５Ｖ电源，电机驱动电源ＶＳ引脚接＋１２Ｖ电源，输出引脚ＯＵＴ１和ＯＵＴ２接直流电机．Ｌ２９８Ｎ的逻辑功能见表１。

（３）显示模块．本设计的速度显示电路是用２位数的７段ＬＥＤ数码管实现的，数码管共阴极连接，每个７段数码管的ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｄｐ都由１个单片机的Ｉ／Ｏ端口进行驱动。

2.2按摩器硬件设计

（１）复位电路．本系统的硬件由复位电路、时钟电路、键盘电路和显示电路４部分组成．复位电路如图２所示．为了提高系统的可靠性，复位电路采用上电加按钮来实现复位功能，复位信号从ＳＴ引脚输入，高电平有效。

（２）时钟电路．时钟是时序的基础，时钟电路由晶体振荡器、晶震控制芯片和电容组成，电路的核心是振荡器．本系统采用内部方式，在ＸＴＡＬ１和ＸＴＡＬ２端外接石英晶体作为定时元件，内部的反相放大器自激振荡以产生时钟．时钟电路如图３所示，其中时钟发生器对振荡脉冲二分频，电容为３０ｐＦ。

（３）键盘输入模块．键盘输入模块占用系统的Ｐ２端口和外部中断ｉｎｔ０来调节系统的输入，键盘输入电路如图４所示。

（４）显示电路．采用２位８段共阴极ＬＥＤ，令Ｐ０端口作为ＬＥＤ显示码输出端，Ｐ３．０和Ｐ３．１端口接线选端，Ｐ３．２端口为“响应按钮”端。

三、按摩器控制系统软件设计与仿真

ＰＬＣ软件设计流程如图６所示．系统初始化时ＬＥＤ显示００，系统处于等待呼叫状态．当加速或者减速按钮按下时，系统查看速度状态再进行速度调节．依据系统需要设计了系统初始化程序、主程序、按键程序、电机驱动程序、ＬＥＤ显示程序和报警程序等。

ＰｒｏｔｅｕｓＩＳＩＳ是常用的ＥＤＡ软件，它运行于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统，用于单片机等数字电路仿真。

总结

基于单片机的智能按摩器调速时间短，稳定性能好，具有较好的控制效果且体积小，携带方便，操作简单，是居家和旅游的良品，具有较高的实用价值。

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