摘要：利用51系列單片微型計算機實現(xiàn)洗浴服務(wù)機器人控制系統(tǒng)的設(shè)計。以單片機芯片AT89C51作為核心控制器，通過硬件電路設(shè)計及軟件程序編制，設(shè)計洗浴服務(wù)機器人完成洗浴過程的控制系統(tǒng)。洗浴控制系統(tǒng)通過對溫度控制、LCD顯示，液位檢測、觸摸屏控制、電磁閥和電機驅(qū)動等模塊組成部分的控制，用觸摸屏及按鍵來選擇實現(xiàn)對洗發(fā)功能、琳浴動能及整個洗洛過程的選擇及其控制，控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，準(zhǔn)確度高，成本低，實現(xiàn)了洗浴服務(wù)機器人控制過程的要求。
關(guān)鍵詞：單片機；洗浴服務(wù)機器人；觸摸屏；控制設(shè)計

    目前，中國已經(jīng)進(jìn)入了老齡化社會，預(yù)計從2020年開始，中國將步入老齡化嚴(yán)重階段；2050年中國將步入超高老齡化國家行列，60歲以上人口將占到30％左右。全國約有1400多萬老年人將進(jìn)入老年福利機構(gòu)養(yǎng)老。特別是對于臥床不能自立的老年人，無論在養(yǎng)老院或家庭，個人衛(wèi)生護(hù)理洗浴都是難題。而最重要的日常護(hù)理之一就是洗浴。因此，開發(fā)面向家用與醫(yī)用環(huán)境的個人衛(wèi)生護(hù)理機器人，利用智能控制、人機工程學(xué)等技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)洗浴過程的自動化顯得尤為重要。單片機控制技術(shù)作為自動化控制技術(shù)的核心之一，采用單片機技術(shù)對服務(wù)機器人實現(xiàn)洗浴過程的單元模塊化控制系統(tǒng)設(shè)計，主要實現(xiàn)智能洗浴、洗發(fā)、干身、按摩和康復(fù)等作用于一體化，設(shè)計控制方便，功能強，性能可靠。

1 控制系統(tǒng)的工作原理
    根據(jù)洗浴控制單元的控制功能和要求，設(shè)計該洗浴單元控制系統(tǒng)方案原理框圖如圖1所示。

    1)人機界面  各種控制信號命令通過觸摸屏輸入，觸摸屏模塊與控制系統(tǒng)主機單元相連接，通過主機控制單元輸出各種控制指令，控制單元輸出的命令由輸出模塊輸出控制信號。
    2)控制系統(tǒng)單元  包括硬件部分和軟件部分，是整個洗浴控制單元的核心。接收輸入／輸出信息，通過軟件控制各控制單元執(zhí)行相應(yīng)的動作。
    3)輸出模塊  驅(qū)動各個輸出電磁閥的動作，以及電動機、水泵的運轉(zhuǎn)。
    4)傳感器模塊  用來檢測水箱、洗發(fā)池、洗浴池的水位，以及水溫的溫度等，并將檢測的信息反饋給其他控制系統(tǒng)單元處理。
    整個控制系統(tǒng)包括兩大部分：硬件部分和軟件部分。硬件是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，以單片機為核心，配以一定的接口電路和軟件控制。軟件部分充分支持和配合系統(tǒng)的硬件，從而完成系統(tǒng)的各項控制任務(wù)。
    根據(jù)洗浴控制過程要求，設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)其功能，控制系統(tǒng)單元的原理圖如圖2所示。

    洗浴功能：洗浴單元控制系統(tǒng)開始工作時，安裝在水箱中的浸沒式加熱器開始加熱，在加熱過程中，通過DS18B20采集水溫值，通過觸摸屏模塊來調(diào)節(jié)設(shè)置溫度，通過LCD1602顯示出當(dāng)前的水溫和設(shè)定的水溫值。當(dāng)達(dá)到設(shè)定水溫時則加熱器停止加熱。然后由觸摸屏按健選擇洗發(fā)、淋浴和洗浴等工作模式。
    1)洗發(fā)功能控制  先用調(diào)整好溫度的水浸潤頭發(fā)，再用混合有洗發(fā)液的溫水沖洗頭發(fā)，在溫水注入到設(shè)定值后，系統(tǒng)自動關(guān)閉注入溫水和洗發(fā)液的閥門，啟動循環(huán)水裝置，在設(shè)定的時間內(nèi)用混合液體反復(fù)沖洗頭發(fā)，洗發(fā)過程結(jié)束后，自動打開排水閥，排掉污水；同時打開溫水進(jìn)行沖洗，待頭發(fā)洗干凈后，停止沖洗，打開熱風(fēng)吹干頭發(fā)，結(jié)束洗發(fā)過程，清理消毒。
    2)淋浴功能控制  先調(diào)整好水的溫度，設(shè)置洗浴功能后，系統(tǒng)自動打開浴池上方的電磁閥，同時打開其下面的排水閥。由上下方的噴淋閥對人體進(jìn)行全面的清洗，清洗干凈后，打開具有一定壓力的熱空氣閥門，對洗浴人體進(jìn)行烘干，烘干結(jié)束后，清理清毒。
    3)整個洗浴功能控制  當(dāng)冼浴人進(jìn)入浴艙后，由監(jiān)護(hù)人員或洗浴者本人蓋好浴缸上蓋板，啟動洗浴按鈕，系統(tǒng)自動調(diào)整水溫，將混合有固定比例沐浴液的合適的溫水注入浴缸內(nèi)，在溫水注入到合適水位后，停止進(jìn)水。系統(tǒng)進(jìn)入定時泡浴階段，在浴缸內(nèi)設(shè)置有水的污濁度檢測傳感器，系統(tǒng)實時檢測水的污濁度，通過污濁度檢測，自動設(shè)定洗浴時間，以適應(yīng)不同程度的人體洗浴需要。在洗浴效果達(dá)到設(shè)定值后，放掉洗浴污水，注入干凈溫水沖洗，沖洗完成后，對洗浴人進(jìn)行烘干，待人出浴后，對接觸人體部分清理消毒。
    洗浴和洗發(fā)時要根據(jù)人體需要，對洗浴液或洗發(fā)液與水的混合進(jìn)行科學(xué)配比，并合理控制水溫、時間、壓力等參數(shù)。在整個控制系統(tǒng)中，設(shè)置有水溫、水位等多項傳感器，對于洗浴或洗發(fā)全過程要進(jìn)行實時檢測，以防止人身和設(shè)備發(fā)生意外。
    由于輸出系統(tǒng)較復(fù)雜，輸出接口較多，只用51單片機自身的I／O口不夠，而且如果單片機接的外設(shè)較多，則會使單片機的CPU利用率大大的降低，因此，設(shè)計選用了8255A作為輸出接口擴展芯片。

2 軟件部分
    系統(tǒng)采用單片機89C51作為核心控制器，通過硬件電路設(shè)計及軟件程序編制，設(shè)計洗浴單元的控制系統(tǒng)。采用C語言進(jìn)行程序編制，具有可靠性高、實時性強、簡練易于維護(hù)，調(diào)試方便等優(yōu)點。
    主要實現(xiàn)洗浴功能、洗發(fā)功能和淋浴功能3個模塊的功能。把3個主模塊功能分別用軟件編程作為子程序，然后在主程序中根據(jù)需要調(diào)用各模塊。主程序模塊主要有初始化模塊、溫度顯示模塊、觸摸屏子程序模塊和報警模塊等模塊組成?？刂浦鞒绦蛄鞒虉D如圖3所示。

3 系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性設(shè)計
    1)防止射頻干擾  由于射頻干擾是以空間電磁場的形式傳遞在機器內(nèi)部的導(dǎo)體引線或零件引線的感生引起的干擾，所以通過電磁屏蔽和合理的布線／器件布局，來衰減該類干擾電源線或電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾。通過電源濾波，隔離等硬件措施來抑制該類干擾。
    2)提高振蕩源的穩(wěn)定性  主要由起振時間頻率穩(wěn)定度和占空比穩(wěn)定度決定，起振時間可由電路參數(shù)整定等確定。
    3)提高軟件的抗干擾性和可靠性  在設(shè)計中，采用軟件消抖動方法。編程時用延時10 ms的延時程序來消抖。由于輸出要驅(qū)動電磁閥線圈和電機等電感性負(fù)載，還有輸入傳感器的連接，為防止外部射頻對它們的干擾，在連接輸入／輸出驅(qū)動時，通過光電耦合器連接，及采取硬件保護(hù)及抗干措施，提高可靠性。

4 結(jié)論
    該系統(tǒng)基于個人衛(wèi)生護(hù)理機器人洗浴過程控制系統(tǒng)的設(shè)計，以89C51微型單片機應(yīng)用系統(tǒng)為控制核心，輔助有溫度控制模塊，液位檢測模塊，觸摸屏控制模塊，電磁閥和電機等輸出驅(qū)動模塊，系統(tǒng)報警模塊及水路循環(huán)控制等模塊組成?？刂葡到y(tǒng)成本低，功能強，降低了洗浴服務(wù)機器人產(chǎn)品的整體成本，編程容易方便，其編程程序依據(jù)Proteus仿真編寫，proteus有編譯C語言的能力，軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)，利用軟件環(huán)境和硬件環(huán)境的控制界面，利用proteus與keil聯(lián)合仿真進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試結(jié)果滿足該項目的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計要求，采用微型單片機控制，為其進(jìn)一步實現(xiàn)洗浴功能的智能化，洗浴控制功能的擴展，提供了技術(shù)基礎(chǔ)。