基于STM32的智能足浴器設(shè)計(jì)

侯凡博 王賽麗 姬鵬飛 張一博

摘要：本文以智能足浴器為研究對(duì)象，前期充分調(diào)查研究了目前市場(chǎng)上的智能足浴器，分析了現(xiàn)有產(chǎn)品的功能組成，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在市面上的智能足浴器大部分都是一種以電動(dòng)滾輪技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)多角度立體按摩，將按摩器與足浴盆合二為一，本文在此基礎(chǔ)上采用STM32作為控制核心，外部電路采用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水、自動(dòng)燒水、自動(dòng)導(dǎo)航、智能保溫、自動(dòng)清潔、智能充電等功能;使人不需要自己再去燒水、泡完之后再去倒水等工作，解放了人力。整個(gè)項(xiàng)目立足于養(yǎng)生保健，解放人力，最終目的是針對(duì)現(xiàn)有的智能足浴器自身原理設(shè)計(jì)上的不足，采用更智能的方式給家庭用戶帶來更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)康復(fù)醫(yī)療家居智能化。

關(guān)鍵詞：智能足浴器;STM32;康復(fù)醫(yī)療家居智能化

中圖分類號(hào)：TP368.1;TS914.254文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）14-0084-02

引言：本項(xiàng)目立足于養(yǎng)生保健，解放人力，給家庭用戶帶來優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。通過長(zhǎng)期的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，泡腳可促進(jìn)新陳代謝，加強(qiáng)體內(nèi)循環(huán)，輸送血液至足部末梢，可減少高血壓、心臟病及中風(fēng)等高危險(xiǎn)疾病的發(fā)生，針對(duì)老年人而言，經(jīng)常泡腳，按摩腳可以起到延年益壽的效果。但是考慮到老人的子女工作繁忙，可能沒有那么多的時(shí)間去完成燒水倒水等一系列復(fù)雜的工作，且對(duì)于腿腳行動(dòng)不便的老人來說完成上述工作也有難度和風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)這種情況，依托于我市康復(fù)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)高端化、智能化、創(chuàng)新化發(fā)展趨勢(shì)，本文設(shè)計(jì)一款適用于老年人的智能養(yǎng)老設(shè)備-智能足浴器。本產(chǎn)品適用于大多數(shù)有老人的家庭，定位消費(fèi)人群是白領(lǐng)家庭、中產(chǎn)階級(jí)家庭以及獨(dú)居老人，在項(xiàng)目的后期進(jìn)行相關(guān)專利的申請(qǐng)并將逐步走向市場(chǎng)。

本系統(tǒng)采用STM32作為控制器，采用模塊化思想設(shè)計(jì)外圍硬件電路。硬件電路包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，輸入電源電路，充電控制電路，水閥開度控制電路，避障電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等[1]。軟件設(shè)計(jì)采用C程序?qū)崿F(xiàn)，可以基站自動(dòng)加熱和盆體自動(dòng)尋人等功能。

1總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用STM32作為主控芯片，由基站，盆體，無線通信，手機(jī)APP四部分組成。無線通信由紅外和藍(lán)牙組成，紅外遙控對(duì)盆體小車方向進(jìn)行角度方向校正，手動(dòng)APP采用藍(lán)牙進(jìn)行控制;基站由電源適配器、鋰電充電器、水閥、繼電器、清洗噴頭、控制器、紅外發(fā)送模塊、紅外接收模塊;盆體由減速電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，紅外避障模塊，鋰電池組，繼電器，水閥，加熱管，溫度傳感器，液位傳感器，紅外發(fā)送，紅外接收，超聲波，控制器組成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如1所示。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，所設(shè)計(jì)的硬件電路系統(tǒng)分為基站系統(tǒng)和盆體系統(tǒng)。基站由12-3.3V電源電路，STM32最小系統(tǒng)，充電控制電路和水閥開度控制電路和紅外接收電路組成組成。盆體電路除單片機(jī)控制電路以外，還包括紅外避障和超聲波傳感器接口電路和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成[2]。其中不論基站還是盆體系統(tǒng)，主控芯片均選擇STM32，該芯片外圍電路簡(jiǎn)單，功能多，能滿足本設(shè)計(jì)的需要。

2.1基站電路設(shè)計(jì)?；居?2-3.3V電源電路，STM32最小系統(tǒng)，充電控制電路和水閥開度控制電路和紅外接收電路組成組成，原理圖如圖2所示。電源電路方面，STM32F103處理器的穩(wěn)定工作電壓為3.3V，減速電機(jī)的工作電壓為12V，因此選用XL1509降壓芯片。XL1509具有寬的電壓輸入范圍4.5-40伏，輸出范圍可調(diào)。該電源芯片驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，擁有很好的線性能力。外部采用12V供電方便直流減速電機(jī)工作，C11是輸入端的去耦電容，去除輸入電壓處的雜波，電感用于平滑電流，二極管的作用是在切斷電源時(shí)做續(xù)流二極管用防止電感產(chǎn)生很高的反向電動(dòng)勢(shì)，輸出端330uf和1uf用于濾除高頻和低頻干擾信號(hào)。充電控制電路和水閥開度控制電路通過控制繼電器通斷實(shí)現(xiàn)鋰電充電器，電磁水閥的通斷控制。

2.2盆體電路設(shè)計(jì)。盆體電路除單片機(jī)控制電路以外，還包括紅外避障和超聲波傳感器接口電路和直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路組成，原理圖如圖3所示。運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用減速電機(jī)實(shí)現(xiàn)。減速電機(jī)由齒輪組和直流電機(jī)組成。減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高，可靠性高，使用壽命長(zhǎng)，易于維護(hù)和廣泛使用。與步進(jìn)電機(jī)相比，減速電機(jī)更是有價(jià)格優(yōu)惠和扭矩大的特點(diǎn)，固本設(shè)計(jì)選用的減速電機(jī)轉(zhuǎn)速為50r/min。

單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)，需要采用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的專用集成電路L298N。L298N由4個(gè)三極管組成H橋電路。L298N芯片的輸出電流可達(dá)到為2A，最高電流也可達(dá)到4A，最高工作電壓為50V，可直接驅(qū)動(dòng)大功率直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥等感性負(fù)載，輸入端可直接與單片機(jī)輸出IO相連接，因此適用于本設(shè)計(jì)通過單片機(jī)來直接控制[3]。L298N芯片可驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)兩相電機(jī)，最大輸出電壓可高達(dá)50V，輸出電壓可通過改變輸入電源大小直接調(diào)節(jié)，信號(hào)可由單片機(jī)的IO口直接提供，電路簡(jiǎn)單易用。如果要對(duì)直流電機(jī)做PWM調(diào)速輸出，需設(shè)置IN1和IN2，確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，然后對(duì)使能端EN輸出占空比可調(diào)的PWM脈沖，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速[4]。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1基站自動(dòng)加熱工作流程設(shè)計(jì)。當(dāng)人按下無線遙控之后，盆體收到無線信號(hào)開始向基站發(fā)送紅外信號(hào)，基站收到紅外信號(hào)，然后開始向盆體加水，加到盆體水位線感應(yīng)到之后再給基站發(fā)送紅外信號(hào)停止加水，同時(shí)盆體加熱管開始加熱。工作流程圖如圖4所示。

3.2盆體自動(dòng)尋人程序設(shè)計(jì)。當(dāng)加熱完畢之后，用戶在客戶端發(fā)送紅外信號(hào)，車體開始判斷當(dāng)前位置，若是在房間內(nèi)則開始尋找門，確定門的方向，行走到房間外，尋找一次紅外信號(hào)，若是在房間外，則尋墻并沿墻行走，遇門之后開始在遇到的這個(gè)房間里尋找紅外信號(hào)，如果有信號(hào)就進(jìn)入當(dāng)前房間，如果沒有就繼續(xù)尋找下一個(gè)房間。同時(shí)盆體在行走的過程中也會(huì)不斷收集紅外信號(hào)，如果出現(xiàn)紅外信號(hào)則會(huì)確定信號(hào)方向向信號(hào)前進(jìn)，直到尋找到人，流程圖如圖5所示。

4現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行分析

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性和合理性，在房屋室內(nèi)列進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn)。運(yùn)行調(diào)試結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的智能足浴器能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)加水加熱倒水清潔和自動(dòng)尋人等功能，使用起來操作簡(jiǎn)單，效果令人滿意。同時(shí)，機(jī)器人可在基站完成充電工作，整體待機(jī)續(xù)航能力強(qiáng)。整體樣機(jī)如圖6所示。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于STM32的智能足浴器，本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)都是一種以電動(dòng)滾輪技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)多角度立體按摩技術(shù)的前提下，又加入了自動(dòng)加水、自動(dòng)燒水、自動(dòng)導(dǎo)航、智能保溫、自動(dòng)清潔、智能充電等功能;使人不需要自己再去燒水、泡完之后再去倒水等，解放了人力，適合現(xiàn)代人的快節(jié)湊生活和行動(dòng)不便的老人使用。

參考文獻(xiàn)：

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