-28-第1章概述在二十世紀(jì)末，單片機(jī)技術(shù)便已有了一定規(guī)模。隨著科技的發(fā)展和人們對(duì)高質(zhì)量、方便快捷生活的追求，各個(gè)領(lǐng)域的電子產(chǎn)品均大量運(yùn)用到了單片機(jī)，且目前該技術(shù)的實(shí)踐也日益成熟?，F(xiàn)如今，人們?cè)絹碓街匾晢纹瑱C(jī)在智能電子技術(shù)方面的開發(fā)和應(yīng)用，而隨著人們對(duì)美好生活的需求不斷增加，單片機(jī)的發(fā)展便進(jìn)入到了新的時(shí)期。作為計(jì)算機(jī)技術(shù)中重要組成部分，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，以及設(shè)計(jì)者對(duì)單片機(jī)的開拓與研究，使得電子產(chǎn)品的性能、功能等方面得到了飛速提升，也為智能化電子設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用提供了新方案，實(shí)現(xiàn)了智能化電子設(shè)備的創(chuàng)新與發(fā)展。目前，工業(yè)測(cè)控等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用到單片機(jī)。且單片機(jī)問世以，其性能、控制功能，在各種環(huán)境下的適應(yīng)性能，以及方便的操縱一直都得到提升。而當(dāng)今時(shí)代，智能家居、智能穿戴等逐漸步入我們生活的方方面面，對(duì)于單片機(jī)的應(yīng)用要求也越來越高。所以，在未來，單片機(jī)的發(fā)展主要還是從硬件技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)這兩方面出發(fā)來得到進(jìn)一步發(fā)展。隨著人們生活水平的不斷提高，近年來的電梯產(chǎn)品在技術(shù)上獲得了飛速發(fā)展，電梯產(chǎn)品因內(nèi)部驅(qū)動(dòng)為電力驅(qū)動(dòng)的影響下，其無論是在運(yùn)行速度、舒適度，還是在其性能和使用方面的可靠性上，都隨之不斷提高，這使得在很大程度上滿足了人們對(duì)高層建筑中垂直運(yùn)輸工具的需求。并且，電梯內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)步，可以在高層和超高層建筑中，將用戶安全、平穩(wěn)、舒適、快速地送往目的地?，F(xiàn)如今，對(duì)于電力驅(qū)動(dòng)的電梯來說，近年來運(yùn)用最多的技術(shù)便是微處理器控制技術(shù)和調(diào)速驅(qū)動(dòng)技術(shù)。微處理器控制技術(shù)是指使用專門設(shè)計(jì)的處理器系統(tǒng)，用于單梯和群梯的控制。因?yàn)槲⑻幚砥鞯膽?yīng)用而取代了以前的繼電器，這便大大提高了電梯工作的可靠性以及使用壽命。同時(shí)，因?yàn)樨S富的軟件系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)了各種功能，滿足了電梯在各種場(chǎng)合中的需求。而且，微處理器系統(tǒng)還可以對(duì)群梯的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行顯示，以保障群梯安全有效地運(yùn)行?，F(xiàn)如今科技的發(fā)展，很大一部分是基于視覺而發(fā)展的。人們?cè)谧非笠曈X享受的時(shí)候，又在極力運(yùn)用視覺以及負(fù)載屏幕來滿足生活中的其他需求。手勢(shì)識(shí)別就是一種基于視覺而出現(xiàn)的技術(shù)。基于視覺的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)從二維到三維的過程。早期的手勢(shì)識(shí)別是基于二維彩色圖像的識(shí)別技術(shù)，就是指通過普通攝像頭拍出場(chǎng)景后，得到二維的靜態(tài)圖像，然后再通過計(jì)算機(jī)圖形算法進(jìn)行圖像中內(nèi)容的識(shí)別。隨著攝像頭和傳感器技術(shù)的發(fā)展，可以捕捉到手勢(shì)的深度信息，逐漸發(fā)展了三維手勢(shì)識(shí)別。三維的手勢(shì)識(shí)別技術(shù)就可以識(shí)別各種手型、手勢(shì)和動(dòng)作。這種識(shí)別技術(shù)比二維手型識(shí)別稍顯復(fù)雜。因?yàn)樗粌H可以識(shí)別手型，還可以識(shí)別一些簡單的二維手勢(shì)動(dòng)作。相比較二維手勢(shì)的識(shí)別，三維手勢(shì)識(shí)別是在二維的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)Z軸的信息，由此手勢(shì)識(shí)別從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài)。三維手勢(shì)識(shí)別包含有一定深度信息，無論是從硬件還是算法分析都有特殊要求。在生活中常見的三維手勢(shì)識(shí)別模塊都是是通過傳感器和光學(xué)攝像頭來完成。而且，手勢(shì)無論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，其識(shí)別順序都是按照?qǐng)D像獲取、手的檢測(cè)、手勢(shì)分割分析的順序進(jìn)行的，然后進(jìn)行靜態(tài)或著動(dòng)態(tài)的手勢(shì)識(shí)別。無線通信中的藍(lán)牙通信是目前較為成熟的通信技術(shù)，且在早些年迅速應(yīng)用到了我們生活中的方方面面。它是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線電技術(shù)，并能在眾多設(shè)備之間進(jìn)行無線信息交換，如移動(dòng)電話、無線耳機(jī)、筆記本電腦等。它與WiFi無線通信區(qū)別在于，其大大簡化了設(shè)別與設(shè)備之間的通信方式，使得無線數(shù)據(jù)通信變得更為快速有效。在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)選用STM32系列，最小系統(tǒng)、IO接口豐富，極大地滿足了AM單片機(jī)愛好者的應(yīng)用于拓展。無接觸操作實(shí)現(xiàn)的工具選用手勢(shì)傳感器與藍(lán)牙模塊。手勢(shì)傳感器所采用的芯片為三維手勢(shì)傳感，可識(shí)別九個(gè)動(dòng)作，能夠滿足本設(shè)計(jì)的需求。而且內(nèi)置發(fā)射紅外的LED，可在暗光狀態(tài)下進(jìn)行工作。對(duì)于電梯運(yùn)行狀態(tài)的表示，該系統(tǒng)采用電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式來替代。第2章總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的電梯門禁控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過手勢(shì)、按鍵控制電梯的啟動(dòng)，也能夠通過手勢(shì)和手機(jī)對(duì)門禁、電梯進(jìn)行控制，同時(shí)將相關(guān)的開關(guān)、樓層信息顯示在OLED顯示屏中。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心，在以手勢(shì)傳感控制電梯、門禁等按鍵的控制下，實(shí)現(xiàn)無接觸模式。任務(wù)報(bào)包括了單片機(jī)的了解與應(yīng)用，手勢(shì)傳感器的控制，按鍵控制，OLED顯示，以及結(jié)合專業(yè)特色完成藍(lán)牙控制功能的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)是基于當(dāng)前疫情下，為減少人與人、人與物的接觸，較小傳染風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)想。在任務(wù)期間，完成元器件的選型、電路板的設(shè)計(jì)，硬件電路焊接與調(diào)試，單片機(jī)程序和系統(tǒng)調(diào)試，功能要求如下：（1）單片機(jī)及其供電系統(tǒng)；（2）手勢(shì)識(shí)別模塊，通過手勢(shì)傳感器識(shí)別手勢(shì)，由單片機(jī)控制相應(yīng)的舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；（3）藍(lán)牙模塊，結(jié)合本專業(yè)特色，設(shè)計(jì)藍(lán)牙通信模塊，完成基于單片機(jī)的無接觸式電梯-門禁控制系統(tǒng)的通信功能。本設(shè)計(jì)以STM32F103C8T6系列單片機(jī)作為控制芯片，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能。如下圖2-1所示：基于單片機(jī)的無接觸式門禁電梯控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的無接觸式門禁電梯控制系統(tǒng)電源模塊藍(lán)牙通信模塊門禁控制模塊顯示模塊電梯控制模塊圖2-1系統(tǒng)模塊（1）電源模塊電源電路為單片機(jī)及其外圍電路供電，本設(shè)計(jì)采用5V的USB接口為電路板及單片機(jī)供電。（2）藍(lán)牙通信模塊藍(lán)牙模塊是指集成藍(lán)牙功能的芯片基本電路集合，通常被用于短距離無線通信，其按功能分為藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊和藍(lán)牙語音模塊。本設(shè)計(jì)采用的是藍(lán)牙數(shù)據(jù)模塊，實(shí)現(xiàn)通過藍(lán)牙控制進(jìn)行門禁的開關(guān)、電梯按鍵以及電梯的消毒功能。（3）門禁控制模塊傳統(tǒng)的門禁是按鈕或者通過RFID芯片控制刷卡進(jìn)入，這樣會(huì)實(shí)現(xiàn)人與物或物與物接觸間接存在傳染風(fēng)險(xiǎn)。所以充分利用手勢(shì)傳感器，通過固定手勢(shì)，單片機(jī)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門禁的開關(guān)。（4）電梯控制模塊電梯按鈕通常是人模不可避免的觸碰，本設(shè)計(jì)核心理念便是實(shí)現(xiàn)電梯按鍵的無接觸操作。通過手勢(shì)傳感器，可以控制不同樓層的按鍵，再由單片機(jī)識(shí)別信號(hào)，并控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。（5）LED顯示模塊在顯示屏中，會(huì)顯示按鍵與手勢(shì)傳感器識(shí)別的樓層數(shù)。2.2器件選擇2.2.1主控部件論證與選擇方案一:采用單片機(jī)作為主控機(jī)。單片機(jī)的典型機(jī)為8位處理機(jī)，當(dāng)然也有12位、15位等多樣處理機(jī)，它的內(nèi)部集成了多種多內(nèi)存，如掉電不失數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器ROM、掉電就失數(shù)據(jù)的RAM。也集成了多種特殊管腳功能，如串口功能的P3.0RXD以及P3.1TXD管腳，這兩個(gè)管腳是單片機(jī)芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了串口協(xié)議的功能管腳，使用起來非常方便，直接設(shè)置觸發(fā)函數(shù)，設(shè)置中斷標(biāo)志位，設(shè)置波特率，設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)以及接受函數(shù)和寄存器等便可以直接使用，數(shù)據(jù)發(fā)送和接收非常方便，在多機(jī)通信中串口使用起來非常便利和節(jié)省其他不必要的底層程序操作的復(fù)雜。方案二：采用PLC作為主控機(jī)。PLC是強(qiáng)大的工業(yè)主控機(jī)，其可以通過梯形圖編程，典型的由西門子200和三菱F1/F2等，也能都通過組態(tài)王、MCGS等軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史監(jiān)控、動(dòng)畫監(jiān)控等等。綜上兩種方案，從程序編程的復(fù)雜程度、成本以及主控機(jī)的穩(wěn)定性出發(fā)，選擇方案一最符合設(shè)計(jì)要求。2.2.2主控系列論證與選擇本設(shè)計(jì)需要能夠保證傳感器和多模塊同時(shí)高效工作的主控芯片來完成系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)流處理。如今單片機(jī)系列多樣，對(duì)市面上流通的常用單片機(jī)進(jìn)行對(duì)比篩選，確定了以下兩種方案可供選擇。方案一：STM32F103系列單片機(jī)STM32系列單片機(jī)是當(dāng)前單片機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)人員較高頻率使用的，由于其豐富的內(nèi)部資源，它可以在各種環(huán)境中傳輸微信號(hào)，并且特殊的處理芯片選擇使其可以同時(shí)操作多個(gè)模塊并有效地做出響應(yīng)。同時(shí)，該芯片具有高效的抗干擾能力和較高的穩(wěn)定性，特征。而且，STM32單片機(jī)不但功能強(qiáng)大，其價(jià)格也十分低廉，適合學(xué)生等開發(fā)人員使用，所以占據(jù)了很大一部分市場(chǎng)資源。方案二：STC15系列單片機(jī)Stc15系列MCU使用增強(qiáng)的8051架構(gòu)CPU，其指令代碼可以與傳統(tǒng)8051完全兼容。與傳統(tǒng)8051相比，iapstc15系列MCU可以將I/O設(shè)置為四種模式：弱上拉，強(qiáng)上拉，高電阻和漏極開路。此外，該MCU支持在線調(diào)試功能，可以直接通過串行端口下載程序。通過對(duì)比上述兩種單片機(jī)，我們發(fā)現(xiàn)，在性能方面，STM32系列單片機(jī)的運(yùn)行速度要遠(yuǎn)高于STC15系列單片機(jī)，因此選擇STM32F103系列芯片（如圖2-2所示）作為系統(tǒng)的主控芯片。圖2-2STM32F103C8T6單片機(jī)2.2.3顯示器的論證與選擇為了將采集的數(shù)據(jù)能夠清晰、穩(wěn)定顯示，系統(tǒng)對(duì)數(shù)碼管、OLED顯示屏兩種方案進(jìn)行了選擇對(duì)比。方案一：數(shù)碼管。采用數(shù)碼管作為系統(tǒng)的顯示器，數(shù)碼管在顯示功能上，能夠非常清晰、非常明顯的顯示出數(shù)字。光線強(qiáng)弱可以通過輸入電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，是顯色出眾的顯示器，可以讓人在遠(yuǎn)處便能直接看清楚顯示的數(shù)字。但是數(shù)碼管顯示需要占用較多的IO資源，并且隨著顯示數(shù)字位數(shù)的增加，占用單片機(jī)IO資源也隨之增加，不過也可以通過外接串并轉(zhuǎn)換器來減少數(shù)碼管對(duì)單片機(jī)IO資源的占用，但是編程的復(fù)雜程度會(huì)比有所增加。另外數(shù)碼管還不能顯示復(fù)雜漢字，并且對(duì)于長時(shí)間大電流工作的數(shù)碼管段容易損壞。方案二：OLED顯示屏。采用OLED液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示器，一般在簡單系統(tǒng)開發(fā)當(dāng)中會(huì)采用9.6寸OLED液晶顯示屏作為顯示器。這種OLED顯示屏，顯示的字體較小，但是具備有色顯示，清晰度很高，暫用的IO資源很少，一般主要由信號(hào)控制線和時(shí)鐘線以及電源線和接電線組成，顯示的行數(shù)和內(nèi)容空間非常豐富，是許多開發(fā)者青睞的顯示器。綜合考慮以上兩種選擇，采用OLED顯示模塊（如圖2-3所示）作為系統(tǒng)的顯示器更符合系統(tǒng)的要求。圖2-3OLED顯示2.2.4按鍵模塊論證與選擇方案一：獨(dú)立式按鍵，每個(gè)獨(dú)立式按鍵都匹配一條輸入線，接入主控系統(tǒng)的I/O管理。這種按鍵具有硬件與軟件相對(duì)簡單的特點(diǎn)，是直接由I/O線組成的單個(gè)按鍵，一個(gè)按鍵占用一個(gè)單獨(dú)的I/O口。這種按鍵的缺點(diǎn)是每個(gè)獨(dú)立按鍵都需要一個(gè)I/O口，畢竟單片機(jī)系統(tǒng)的I/O口有限，當(dāng)需要的按鍵數(shù)量較多時(shí)，對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的消耗大，所以這種獨(dú)立式按鍵只適用于按鍵少的系統(tǒng)。方案二：矩陣式按鍵，矩陣式按鍵是單片機(jī)外部設(shè)備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤，由行線和列線組成，按鈕位于行線和列線的交叉點(diǎn)處。當(dāng)系統(tǒng)需要的按鍵較多時(shí)，這種矩陣式按鍵可以節(jié)省很多I/O口從而提高I/O口的利用率，適用于需要八個(gè)以上按鍵的系統(tǒng)使用。但是這種矩陣式按鍵的軟件編程較為復(fù)雜，識(shí)別也要相對(duì)復(fù)雜一些。由于系統(tǒng)需要的按鍵較少，不需要復(fù)雜的按鍵，所以選用方案一獨(dú)立式按鍵（如圖2-4所示）。圖2-4獨(dú)立按鍵2.2.5無線模塊論證與選擇方案一:藍(lán)牙模塊。采用藍(lán)牙模塊作為系統(tǒng)的無線通信模塊，藍(lán)牙模塊通過建立相同頻率的通信進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸，并且在母、子式的藍(lán)牙通信系統(tǒng)中，這種頻率需要保證相同并且傳輸?shù)牟ㄌ芈室惨谕凰骄€上，這樣才能保證藍(lán)牙通信數(shù)據(jù)的不丟包，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。藍(lán)牙模塊具備AP和STA兩種工作模式，能夠通過AT直接指令設(shè)置，使用起來較為方便和直觀。藍(lán)牙模塊的數(shù)據(jù)傳輸不需要網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于多節(jié)點(diǎn)式的系統(tǒng)體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。方案二:esp8266無線模塊，該模塊與普通的藍(lán)牙模塊一樣，都具備有STA和AP兩種工作模式，在連入有效網(wǎng)絡(luò)的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)超遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，但是容易受到網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的干擾，一旦斷網(wǎng)則中斷數(shù)據(jù)傳輸。綜上兩種類型解決問題方案，采用以HC06模塊（如圖2-5所示）作為系統(tǒng)的無線模塊。圖2-5HC-06藍(lán)牙模塊2.2.6電源模塊論證與選擇方案一：USB之前是供電有限的數(shù)據(jù)接口，現(xiàn)在發(fā)展為帶有一個(gè)數(shù)據(jù)接口功能的供電部件。USB總線可提供5V左右的電壓，USB在供電時(shí)，只要輸出電壓保持在3.4V以上，USB總線就能為負(fù)載供電，并且可以為電池充電，在任何時(shí)間地點(diǎn)都可以用USB充電的方式來供電。只是USB供電的范圍小，不適用為一些電容量大的器件供電。方案二：鋰離子電池。當(dāng)電路電壓不穩(wěn)持續(xù)低于2.4V時(shí)，鋰離子電池就會(huì)遭到破壞。鋰離子電池不適合在需要工作頻率高的情況下使用，會(huì)減短電池的壽命。本系統(tǒng)需要供電的范圍正好在USB的供電范圍之內(nèi)，而鋰離子電池供電范圍小，不適用于本系統(tǒng)，而且有一定的危險(xiǎn)性，所以選擇方案一，用USB供電方式。2.3系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由單片機(jī)、電機(jī)模塊、顯示器模塊、按鍵模塊、手勢(shì)識(shí)別傳感器組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-6所示。手勢(shì)識(shí)別傳感器通過接收手勢(shì)信息將信號(hào)傳輸給單片機(jī)，電源模塊為單片機(jī)提供供電，并且同時(shí)為其他模塊供電；顯示模塊將顯示系統(tǒng)必要的信息，如樓層等；兩個(gè)電機(jī)分別控制電梯和門禁的運(yùn)行開關(guān)等；舵機(jī)提供消毒功能；系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)思想雖然是無接觸的，但是仍然需要按鍵模塊。圖2-6系統(tǒng)框架2.4開發(fā)環(huán)境概述2.4.1設(shè)計(jì)軟件介紹keil5是由美國keil公司出品的單片機(jī)匯編c語言的軟件開發(fā)操作系統(tǒng)。與單片機(jī)匯編相比，C語言在功能，結(jié)構(gòu)，可讀性和可維護(hù)性方面具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，因此易于學(xué)習(xí)和使用。Keil軟件提供了人性化的完整軟件開發(fā)解決方案，其中包括C語言編譯器，宏匯編，鏈接器，庫管理以及功能強(qiáng)大的集成軟件仿真和調(diào)試器（μVision），是這些集成部件的良好組合。2.4.2畫圖軟件介紹采用的畫圖軟件是AltiumDesigned軟件，該軟件在設(shè)計(jì)中的主要作用是幫助通過畫出原理圖，PCB板的封裝，來模擬實(shí)際物體的三維圖形，二維圖形。其開發(fā)的一般步驟為，先繪出各個(gè)模塊的原理圖，然后直接導(dǎo)入，或者通過搜集各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)手冊(cè)進(jìn)行畫圖，此步驟不涉及原理圖的工藝尺寸等，僅僅為簡單的畫圖，能夠基本將單片機(jī)與模塊或者模塊與模塊之間的電路連接直觀描述清楚。第3章系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1SIM32F103C8T6芯片介紹本次設(shè)計(jì)使用的是STM32系列的STM32F103C8T6芯片，它擁有十分豐富的資源：在存儲(chǔ)方面有48KB靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器和256KB的閃存，在定時(shí)器方面有八個(gè)定時(shí)器之多，能滿足大多數(shù)的設(shè)計(jì)需求。有2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器，在數(shù)據(jù)通信方面有3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)12位ADC及51個(gè)通用IO口和其他資源可供使用。STM32F103C8T6單片機(jī)的芯片外形及引腳功能如圖3-1所示。圖3-1STM32F103C8T6芯片引腳圖3.2顯示模塊的電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用的顯示模塊為7針0.96寸的OLED液晶顯示模塊，主要負(fù)責(zé)對(duì)當(dāng)前按鍵控制的樓層信息和手勢(shì)控制的樓層信息進(jìn)行顯示。該顯示模塊的外接引腳主要由接電端口VCC、接地端口GND、SPI時(shí)鐘線端口DO和SPI數(shù)據(jù)線端口D1、RES復(fù)位端口、SPI數(shù)據(jù)/命令選擇端口DC和片選端口CS組成。在電路設(shè)計(jì)中，分別將模塊的接電端口VCC、接地端口GND、SPI時(shí)鐘線端口DO和SPI數(shù)據(jù)線端口D1、RES復(fù)位端口、SPI數(shù)據(jù)/命令選擇端口DC和片選端口CS與單片機(jī)VCC端口、GND端口、PA5端口、PA7端口、PB0端口、PB1端口、PA4端口相連。其具體的電路連接如圖3-2所示。圖3-2OLED顯示電路3.3按鍵模塊的電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用的點(diǎn)觸式獨(dú)立按鍵作為系統(tǒng)的按鍵，根據(jù)按鍵的按下不同的按鍵控制顯示器模塊顯示相應(yīng)的樓層數(shù)，并且根據(jù)不同的按鍵控制電梯到達(dá)不同的樓層，其中按鍵S1代表控制電梯電機(jī)達(dá)到一樓、按鍵S2代表控制電梯電機(jī)達(dá)到二樓、按鍵S3代表控制電梯電機(jī)達(dá)到三樓、按鍵S4代表控制電梯電機(jī)達(dá)到四樓、按鍵S5代表控制電梯電機(jī)達(dá)到五樓、按鍵S6代表控制電梯電機(jī)達(dá)到6樓。在電路設(shè)計(jì)中，采用共陰極接法將按鍵的相同一端均與地連接，同時(shí)將該按鍵模塊的另一端分別與單片機(jī)PB12、PB13、PA4、PA5、PA6、PA7端口連接，通過按鍵按下觸發(fā)低電平輸入至單片機(jī)進(jìn)而達(dá)到控制電梯電機(jī)達(dá)到不同的樓層效果。其具體的電路連接如圖3-3所示。圖3-3獨(dú)立按鍵3.4舵機(jī)模塊的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用SG90舵機(jī)作為系統(tǒng)的舵機(jī)模塊，主要用來模擬電梯內(nèi)部的消毒開關(guān)系統(tǒng)。該舵機(jī)模塊的外接引腳主要由VCC、GND以及信號(hào)控制管腳組成，采用PWM脈沖輸入方式控制該舵機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向達(dá)到模擬控制消毒動(dòng)作的效果，因此在電路設(shè)計(jì)中，需要將該信號(hào)控制管腳與單片機(jī)的定時(shí)器輸出控制引腳相連接，達(dá)到精準(zhǔn)控制的效果。另外在電路設(shè)計(jì)中，分別將單片機(jī)的VCC、GND、以及PB5管腳與該模塊的VCC、GND、信號(hào)控制管腳相連接，其具體電路設(shè)計(jì)如圖3-4所示。圖3-4舵機(jī)電路連接設(shè)計(jì)3.5電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用直流電機(jī)及L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片作為系統(tǒng)模擬控制門禁開關(guān)、電梯轉(zhuǎn)動(dòng)的功能。L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的外接管腳主要由使能輸入控制端IN1、IN2、IN3、IN4組成，管腳能夠控制兩個(gè)電機(jī)的正反裝，IN1、IN2為一組，IN3、IN4為一組，此處以IN1、IN2為例進(jìn)行具體說明。其脈沖輸入具備兩極性，通過控制兩端的高低電平輸出進(jìn)而控制信號(hào)輸出端OUT1、OUT2的信號(hào)高低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能。在實(shí)際使能控制端E1、E2，直接采用5V直流電壓進(jìn)行輸出控制。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)只使用的L293D的一路資源，因此在此處只以一組IN和一組OUT以及INA作了詳細(xì)介紹，另一組功能上與該組在驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的控制原來相同。但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，功能上不相同，一組電機(jī)負(fù)責(zé)模擬電梯升降動(dòng)作，一組電機(jī)負(fù)責(zé)模擬門禁開關(guān)門動(dòng)作。在電路設(shè)計(jì)中，分別將L293D的單路正反脈沖控制端IN1、IN2、IN3、IN4分別與單片機(jī)的PA12管腳、PA13管腳、PA14管腳、PA15管腳相連接，將信號(hào)輸入控制端E1、E2與5V直流電壓相連接。將兩路信號(hào)輸出端OUT1、OUT2和OUT3、OUT4分別與兩組直流電機(jī)的兩極正反端相連接，實(shí)現(xiàn)的高低電平輸出穩(wěn)定控制效果，L293D電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的電路連接具體如圖3-5所示。圖3-5電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電路3.6無線模塊的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用藍(lán)牙HC06模塊作為系統(tǒng)的無線模塊，通過AT指令完成模塊的初始化設(shè)定，主要負(fù)責(zé)建立單片機(jī)與手機(jī)APP之間的通信橋梁，同時(shí)控制門禁電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及電梯內(nèi)消毒舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，防止由于其他控制部件出現(xiàn)故障而導(dǎo)致無法啟動(dòng)的現(xiàn)象。該模塊的外部引腳主要由接地引腳GND、上電引腳VCC、數(shù)據(jù)接收引腳RXD、數(shù)據(jù)發(fā)送管腳TXD以及狀態(tài)控制管腳STATE組成。在電路設(shè)計(jì)中，分別將接地引腳GND、上電引腳VCC、數(shù)據(jù)接收引腳RXD、數(shù)據(jù)發(fā)送管腳TXD與單片機(jī)的GND管腳、VCC管腳、PA9管腳、PA10管腳相連接。其具體電路設(shè)計(jì)如圖3-6所示。圖3-6藍(lán)牙模塊3.7手勢(shì)傳感器電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用ATK-PAJ7620識(shí)別模塊作為系統(tǒng)的手勢(shì)識(shí)別傳感器。PAJ7620U2工作時(shí)通過內(nèi)部LED驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)紅外LED向外發(fā)射紅外線信號(hào)。當(dāng)傳感器陣列在有效的距離中探測(cè)到物體時(shí)，目標(biāo)信息提取陣列會(huì)對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行特征原始數(shù)據(jù)的獲取，獲取數(shù)據(jù)會(huì)存在寄存器中。同時(shí)手勢(shì)識(shí)別陣列會(huì)對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別處理，最后將手勢(shì)結(jié)果存到寄存器中，可根據(jù)I2C接口對(duì)原始數(shù)據(jù)和手勢(shì)識(shí)別的結(jié)果進(jìn)行讀取，進(jìn)而控制電機(jī)的狀態(tài)并將相關(guān)信息輸出至單片機(jī)處理以及輸出顯示。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一共設(shè)計(jì)了7種手勢(shì)動(dòng)作，其中6種手勢(shì)動(dòng)作負(fù)責(zé)控制電梯達(dá)到1至6樓，剩下1種手勢(shì)負(fù)責(zé)控制門禁電機(jī)開啟。具體手勢(shì)對(duì)應(yīng)功能如下，手勢(shì)向左揮手是一樓，向右揮手是二樓，向下?lián)]手是三樓，向上揮手是四樓，將手靠近是五樓，手抬高是六樓，快速左右來揮手是控制門禁。另外，該樓層的選定信息會(huì)同步至OLED顯示屏上。該模塊的外部引腳主要由NC、INT、SCL、SDA、GND、VCC管腳組成，在電路設(shè)計(jì)中，分別將該模塊的時(shí)鐘引腳SCL、數(shù)據(jù)引腳SDA、接地引腳GND、上電引腳VCC與單片機(jī)的PB8管腳、PB9管腳、GND管腳、VCC管腳相連接，其具體電路如圖3-7所示。圖3-7手勢(shì)傳感器模塊3.8原理圖部分電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)完成上述的電路連接設(shè)計(jì)后，將各模塊對(duì)應(yīng)的PCB文件添加至庫中，利用庫中的模型直接導(dǎo)出得到對(duì)應(yīng)的PCB原理圖，再經(jīng)過簡單的部分和放置元器件完成PCB的設(shè)計(jì)，電路原理圖（圖3-8）、PCB原理圖（圖3-9）分別如下所示。圖3-8電路原理圖圖3-9PCB圖3.9實(shí)物展示硬件實(shí)物如圖3-10所示。本系統(tǒng)試驗(yàn)測(cè)試實(shí)物，主要為驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性和合理性，并不是適用于所有電梯門禁場(chǎng)景。圖3-10硬件實(shí)物圖1-STM32F103C8T6單片機(jī)2-OLED顯示3-ATK-PAJ7620傳感器4-HC-06藍(lán)牙5-電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片6-六個(gè)獨(dú)立按鍵7-門禁電機(jī)8-電梯電機(jī)9-消毒舵機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGE29-第4章軟件設(shè)計(jì)4.1主程序部分流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流程如下圖4-1所示。首先系統(tǒng)進(jìn)行初始化，將定時(shí)器、各模塊的參數(shù)和標(biāo)志位以及狀態(tài)等進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，完成初始化狀態(tài)之后，系統(tǒng)會(huì)同時(shí)進(jìn)入三個(gè)模塊的判斷，基本處于程序并行的狀態(tài)。第一個(gè)判斷為單片機(jī)讀取按鍵模塊的信號(hào)，判斷是否有按鍵按下，如果沒有按鍵按下，則繼續(xù)判斷，如果有按鍵按下，則驅(qū)動(dòng)控制電梯到達(dá)樓層的電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，并且將對(duì)應(yīng)的需要到達(dá)的樓層顯示在OLED顯示器上，完成此動(dòng)作之后返回繼續(xù)判斷。并行狀態(tài)下的第二個(gè)判斷，單片機(jī)讀取手勢(shì)識(shí)別傳感器的手勢(shì)信號(hào)，判斷是否有手勢(shì)動(dòng)作產(chǎn)生，如果沒有則繼續(xù)判斷，如果有則驅(qū)動(dòng)電機(jī)完成相應(yīng)的樓層選定或者門禁開啟的動(dòng)作，完成此動(dòng)作后返回判斷層繼續(xù)判斷。并行狀態(tài)下的第三個(gè)判斷，單片機(jī)實(shí)時(shí)接收藍(lán)牙信號(hào)，實(shí)時(shí)判斷是否有有效信號(hào)輸入，如果沒有則繼續(xù)判斷，如果有則識(shí)別該信號(hào)并電機(jī)或者舵機(jī)完成門禁開啟或者消毒動(dòng)作，然后返回判斷層循環(huán)工作。圖4-1主程序流程圖4.2手勢(shì)傳感器程序設(shè)計(jì)手勢(shì)識(shí)別傳感器的程序設(shè)計(jì)流程具體如下圖4-2所示：首先先將手勢(shì)傳感器的各參數(shù)以及標(biāo)志位進(jìn)行初始操作，然后傳感器判斷是否有手觸發(fā)手勢(shì)識(shí)別傳感器，如果沒有則繼續(xù)判斷，如果有則輸出手勢(shì)動(dòng)作信號(hào)至單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)該信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成相應(yīng)的到達(dá)樓層或者開啟門禁的操作，同時(shí)將要到樓層信息進(jìn)行顯示，完成該步驟后系統(tǒng)返回第一層判斷繼續(xù)判斷，進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)的狀態(tài)。圖4-2手勢(shì)傳感器程序設(shè)計(jì)流程圖4.3無線模塊的程序設(shè)計(jì)藍(lán)牙與單片機(jī)之間的傳輸方式分為四種：第一是I2C端口傳輸，連接時(shí)只需要2根線，連接簡單，但對(duì)編寫協(xié)議和信號(hào)程序?qū)r(shí)序要求比較嚴(yán)格。第二是UART串口傳輸，至少需要4根線連接，但連接后編寫信號(hào)連接程序即可，操作方便。第三是SPI口，與UART相似，也屬于串行口一類，需要4根線，但對(duì)信號(hào)要求在一定范圍變化，且也需要編寫連接程序。除此之外，還可以采用I/O仿UART或SPI的方式，這種方式要求編程者對(duì)串口時(shí)序比較了解，靈活性較高。本系統(tǒng)采用的藍(lán)牙模塊HC-06是一款低功耗，高性能無線收發(fā)系統(tǒng)，在單片機(jī)與上位機(jī)之間都可通過簡單信令實(shí)現(xiàn)通信（圖4-3所示）。藍(lán)牙與單片機(jī)的通信功能是通過串口實(shí)現(xiàn)的，藍(lán)牙模塊與單片機(jī)通過TXD和RXD的交錯(cuò)線路連接相互讀寫數(shù)據(jù)。HC-06模塊中從一體，但在本系統(tǒng)中只需要它的從機(jī)屬性，并不需要它向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。并且HC-06藍(lán)牙可通過透傳接受手機(jī)端藍(lán)牙調(diào)助手，并不需要其他復(fù)雜的通信協(xié)議，可快速接收指令實(shí)現(xiàn)通信。圖4-3單片機(jī)、藍(lán)牙、上位機(jī)傳輸藍(lán)牙在單片機(jī)與主機(jī)之間通過傳輸ACSII碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在初始藍(lán)牙配置中，我們首先需要對(duì)藍(lán)牙傳輸?shù)牟ㄌ芈蔬M(jìn)行設(shè)置，然后配置串行端口的中斷程序。串口發(fā)送的每個(gè)字符都會(huì)重置中斷位，然后將要發(fā)送的數(shù)據(jù)放入寄存器中，通過串口中斷觸發(fā)來發(fā)送數(shù)據(jù)，直到完成8位數(shù)據(jù)的發(fā)送為止。藍(lán)牙的接收串口和發(fā)送串口分別為RXD和TXD，發(fā)送流程如圖4-4所示。圖4-4藍(lán)牙傳輸數(shù)據(jù)流程圖本系統(tǒng)同樣需要設(shè)計(jì)藍(lán)牙接收手機(jī)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，同樣使用串口中斷來進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收，具體程序流程如圖4-5所示。圖4-5藍(lán)牙接收數(shù)據(jù)流程圖手機(jī)APP控制界面如圖4-6所示：圖4-6手機(jī)app界面4.4顯示器模塊程序設(shè)計(jì)OLED程序設(shè)計(jì)流程主要有如下步驟：步驟一：系統(tǒng)上電，單片機(jī)向OLED進(jìn)行初始化操作。步驟二：單片機(jī)向OLED進(jìn)行讀狀態(tài)操作。步驟三：單片機(jī)向OLED進(jìn)行寫命令操作。步驟四：單片機(jī)向OLED進(jìn)行讀數(shù)據(jù)操作。步驟五：單片機(jī)向OLED進(jìn)行寫數(shù)據(jù)操作。步驟六：OLED將數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并重回開始狀態(tài)繼續(xù)掃描。其具體流程圖如圖4-7所示。圖4-7LCD1602程序設(shè)計(jì)流程4.5按鍵模塊的程序設(shè)計(jì)首先先將按鍵模塊的各參數(shù)以及標(biāo)志位進(jìn)行初始操作，然后單片機(jī)判斷是否觸發(fā)按鍵，如果沒有則繼續(xù)判斷，如果有則該管腳的按鍵輸出低電平，單片機(jī)對(duì)該管腳的低電平進(jìn)行鍵碼識(shí)別、處理、匹配，然后驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)完成相應(yīng)的到達(dá)樓層的操作，同時(shí)將要到樓層信息進(jìn)行顯示，完成該步驟后系統(tǒng)返回第一層判斷繼續(xù)判斷，進(jìn)入循環(huán)檢測(cè)的狀態(tài)。按鍵模塊的程序設(shè)計(jì)流程具體如上圖4-8所示：圖4-8手勢(shì)傳感器程序設(shè)計(jì)流程圖

第5章總體調(diào)試5.1硬件調(diào)試系統(tǒng)硬件調(diào)試主要針對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊和傳感器進(jìn)行功能穩(wěn)定性的調(diào)試，觀察硬件部分是否存在焊接漏焊、焊接成團(tuán)的問題，比如單片機(jī)的管腳較多，焊接時(shí)就很容易產(chǎn)生焊接漏焊、焊接成團(tuán)的現(xiàn)象。該系統(tǒng)是基于單片機(jī)的手勢(shì)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)的硬件調(diào)試部分主要針對(duì)手勢(shì)傳感的數(shù)據(jù)采集進(jìn)而工作，另外測(cè)試了藍(lán)牙對(duì)電機(jī)的控制。其具體的硬件調(diào)試步驟如下：首先，先仔細(xì)觀察系統(tǒng)電路板的焊接面是否存在漏焊、焊接成團(tuán)問題，對(duì)有疑問的管腳使用萬用進(jìn)行電壓測(cè)量，查看基本焊接無誤后進(jìn)行上電操作。硬件調(diào)試的第二步工作即進(jìn)行上電操作，系統(tǒng)通過開關(guān)電源將電源進(jìn)行啟動(dòng)，啟動(dòng)電源后馬上查看電路板中是否存在燒紅或者起煙現(xiàn)象。系統(tǒng)調(diào)試中，并未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，說明接線基本安全。系統(tǒng)硬件調(diào)試第三步即查看系統(tǒng)各功能模塊的功能是否正常，在上