基于51单片机的自动吹泡泡机系统设计

刘硕

摘要：本文设计的自动吹泡泡机系统可分为三大部分，即机械部分、硬件设计部分和软件编程部分。泡泡机的控制系统使用AT89C51芯片作为主控制器，以两个电机实现吹泡泡功能，以蜂鸣器和LED小灯实现报警提醒，以单片机的ADC模块实现对液位信息的转换。本文对泡泡机的机械结构、软硬件进行研究并进行仿真，设计了一种具有报警提示功能的泡泡机。

关键词：泡泡机;51单片机;液位;报警

引言

随着科技的发展，自动化与我们的生活愈发密切相关。从工业生产到衣食住行，自动化的身影随处可见。而且随着生活水平的提高，儿童玩具的种类也越来越多，也有越来越多的儿童玩具与科技融合。近几年泡泡机在幼儿群体甚至是青少年群体中流行起来，样式也从单一到丰富，深受大家的喜爱。目前市场上大多数的泡泡机采用的都是卡通相机形象，实现的功能都是在按下快门键的同时泡泡机向外吹泡泡，松开按键的时候结束吹泡泡，也就是说，只有在按下按键的时候才可以实现吹泡泡的功能，同时伴有动感的音乐和炫彩的灯光，实现的功能比较简单，但能够引起儿童极大的兴趣。本设计相比于市场上的泡泡机来说，其特点是有一个报警功能，在泡泡液低于某一限度时会亮指示灯并发出声音警报，可以及时的向使用者传递泡泡液缺量的消息，从而提醒使用者及时补充泡泡液。这也使泡泡机的外形不受限制，不用再留一部分透明外壳来观察泡泡液的余量，从而使泡泡机的外形可以更加有趣。

1、 机械结构设计

1.1吹泡泡模块

有两个电机：一个电机带动搅拌棒搅拌泡泡液，使泡泡液充分混合，能够更好的吹出泡泡，令使用对象有更好的娱乐体验。另一个电机带动风扇和出泡孔（一个圆盘上有一周圆孔），风扇和出泡孔之间通过两个齿轮连接起来，与风扇相接的是小齿轮，与出泡孔相接的是大齿轮，从而实现风扇高转速吹出气流，出泡孔低转速更有效的吹出泡泡。

一个按键：控制吹泡泡模块的启动，按一下按键，会持续搅拌两秒钟，然后自动吹泡泡三秒钟。如果两次按键时间相隔不到30秒则不搅拌直接吹泡泡。

1.2警报模块

用一个水位传感器实时监测泡泡液的水位，低于某一限定值的时候开始亮指示灯，蜂鸣器开始发出声音报警。由于水位传感器的工作原理是将水位高度信息转化成电压信息传送给单片机，所以在模拟仿真的时候用一个变阻器改变电压来模拟水位的高低。

2、硬件设计

本次设计使用的是AT89C51单片机作为主控制器。因为本设计中有两个电机，所以选用的电机驱动器为L298N，它对于直流电机和步进电机都可以驱动，并且可以控制两个直流减速电机做不同动作且可以实现电机的正转反转。水位检测模块的关键在于ADC模块，51单片机内部有ADC模块。警报电路以一个LED灯和一个蜂鸣器来实现功能。

3、软件设计

3.1主函数设计

先给静态全局变量count赋初值600，保证第一次按键是先进行搅拌再吹泡泡。然后对定时器0中断进行初始化，对外部中断1进行初始化，使警报指示灯和蜂鸣器初始状态全部为关闭状态。接下来获得水位模拟信号并进行判断，若低于警报值则警报灯亮起蜂鸣器发出声音进行提醒，若没有低于警报值则警报灯不亮蜂鸣器不响，继续去获取水位模拟信号。外部中断随时可能发生，所以应该保证只要给出中断信号就开始执行。

3.2中断初始化

对于定时器中断，应先设置定时方式1（十六进制），然后设置定时50ms，接着打开定时器0中断、打开定时器0、打开总中断。对于外部中断，先打开总中断，然后打开外部中断1中断，最后设置触发方式为下降沿触发。

3.3中断操作函数

定时器中断操作函数的内容为：先进入定时器中断，定时器初始化，然后执行count++（每进入一次定时器中断count加1，即每50ms加1），然后退出定时器中断操作函数。

外部中断操作函数的内容为：首先进入中断，然后对count进行是否小于600的判断（即判断两次中断时间间隔是否小于30s）。若小于600就先使控制搅拌的电机运转，然后再使控制吹泡泡的电机运转;若大于600就直接驱动控制吹泡泡的电机。控制吹泡泡的电机开始运转之后中断结束。

3.4液位检测

对于液位检测主要用到的是AD转换，AD转换将传感器检测到的模拟信号（本设计中是用變阻器改变电压进行仿真）转换成数字信号。在程序部分的设计主要为启动AD转换，然后等待转换完成，若转换完成就将数据读入单片机然后结束数据输出，否则继续等待转换完成。

结语

本文主要对自动吹泡泡机的机械结构、软硬件进行了设计和仿真，设计了一种具有报警提示功能的泡泡机。自动吹泡泡机是科技在生活中的体现的一部分，“自动”也是科技发展的趋势。未来的儿童玩具市场中，自动智能类玩具一定会越来越多，生活促进科技，科技也促进生活。

参考文献：

[1]张俊谟.单片机中级教程：原理与应用[J].北京航空航天大学出版社，2006.10

[2]殷留留，韩森，王芳，等. 基于L298N的直流电机调速系统的设计与应用[J]. 信息技术，2017（6）：104-106，111.