殘疾人專用翻書機的設計

劉振鵬

摘 要：給出了一種殘疾人專用翻書機的總體設計方案，該方案以STC89C52單片機為控制核心，使用E3F-DS30C4型光電開關檢測翻書機前方有無讀者；使用CBX1204-400A型水平導軌和CBX1204-100A型豎直導軌結合YW02-DC24-L型氣泵進行書頁吸附；使用DL-23MDC型步進電機控制撥書桿旋轉實現(xiàn)翻頁操作。因此，詳細描述了殘疾人專用翻書機的組成結構和工作原理。

關鍵詞：STC89C52單片機；E3F-DS30C4型光電開關；DL-23MDC型步進電機

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.31.096

1 引言

在我國，存在著為數(shù)眾多的手臂功能不健全甚至失去雙臂的殘疾人。這些殘疾人本身有著和健全人相同甚至更高的學習需求，但是身體條件的限制使他們難以像正常人那樣進行學習工作。首先，閱讀各類書籍資料對他們來說就是一件極為困難的事情。而本文所設計的殘疾人專用翻書機恰恰能夠幫助這樣的殘疾人實現(xiàn)和正常人一樣進行閱讀的愿望。因此，該產品具有非常廣闊的應用前景。

本文首先介紹了E3F-DS30C4型光電開關的工作原理，然后給出了以STC89C52單片機為核心的殘疾人專用翻書機控制電路的設計方案。本文設計的控制電路具有控制精度高、實現(xiàn)簡單靈活等優(yōu)點。

2 E3F-DS30C4型光電開關組成結構與工作原理

光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它的檢測方式為：利用被檢測物對光束的遮擋或反射來檢測開關前方有無物體。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號發(fā)射出去，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行檢測。

本文設計的殘疾人專用翻書機所采用的E3F-DS30C4型光電開關主要可分為對射型光電開關、漫反射型光電開關和鏡面反射型光電開關三大類。本文設計的翻書機所采用的是漫反射NPN直流三線常開型光電開關，這種類型的光電開關結構如圖1所示。這種類型的光電開關外部有棕、黑、藍三種顏色的信號線。其中棕色導線和藍色導線為光電開關的電源線，分別接24V直流電源的正負極性端；而黑色導線是光電開關的信號輸出線，若光電開關前方無障礙物，光電開關內部開關斷開，信號輸出線輸出24V高電平，若光電開關檢測到障礙物，內部開關閉合，信號輸出線與外接電源負極性端接通，從而輸出0V低電平。

本文設計的殘疾人專用翻書機使用了兩組共四個E3F-DS30C4型光電開關，分別配備在翻書機前方和豎直導軌上。兩組光電開關分別負責檢測翻書機前方有無讀者和確定由氣泵控制的吸盤對書頁的吸附位置。

STC89C52單片機與某個光電開關的通信電路如圖2所示。圖中所選用繼電器為額定電壓是24V的單刀雙擲繼電器。該繼電器與內部線圈連接的兩個管腳分別連接24V正極性端和光電開關的信號輸出線；控制外部電路的三個管腳中，中間管腳與單片機的P0.1管腳相連，其他兩個管腳狀態(tài)分別為懸空和接地。若光電開關前方無障礙物，信號輸出線輸出24V高電平，繼電器線圈兩端電壓為0V，因此其觸點不動作，這樣單片機的P0.1管腳就表現(xiàn)為高電平。若光電開關檢測到障礙物，其信號輸出線輸出由24V降為0V，從而使繼電器線圈兩端電壓變?yōu)?4V，則繼電器觸點動作使得控制外部電路的中間管腳與下方接地的管腳接通，P0.1管腳變?yōu)榈碗娖?。也就是說，如果與某個光電開關進行通信的單片機管腳電平由高變低，則說明與該管腳通信的光電開關檢測到了障礙物。

3 殘疾人專用翻書機硬件設計

本文設計的殘疾人專用翻書機的硬件結構框圖如圖3所示，該裝置主要由控制電路模塊、傳感器模塊、執(zhí)行模塊、電源模塊等四個部分組成。

監(jiān)控裝置的傳感器模塊采用E3F-DS30C4型光電開關，E3F-DS30C4型光電開關在前文中已有詳細介紹，這里不再贅述。

控制電路模塊的構成如圖4所示，控制電路以STC89C52單片機為核心，執(zhí)行機構包括導軌系統(tǒng)、YW02-DC24-L型氣泵和DL-23MDC型步進電機等裝置?？刂齐娐纺K的主要功能是接收來自光電開關的信號從而決定外圍電路應該怎樣動作。單片機怎樣接收并處理光電開關的輸出信號前文已有詳細描述，在此不再贅述。

本文設計的殘疾人專用翻書機具體控制流程如下：若翻書機前方站有讀者，位于其前方兩側的光電開關會實時將檢測信號傳遞給單片機管腳，而單片機則根據(jù)信號來自于哪一個光電開關而最終決定進行順序還是逆序翻頁操作。豎直導軌上的機械臂前方固定有吸盤，該吸盤由氣泵控制。無論是順序翻頁還是逆序翻頁，位于翻書機上的標桿都會協(xié)助單片機控制導軌進行相應的動作，使得吸盤恰到好處的落到需要吸附的書頁上。然后單片機輸出信號控制氣泵通電從而使吸盤吸附書頁，接著豎直導軌動作將書頁吸附到合適的高度，最后由DL-23MDC型步進電機控制撥書桿旋轉完成翻頁操作。

4 殘疾人專用翻書機的軟件系統(tǒng)

本文所設計的殘疾人專用翻書機的核心為STC89C52單片機，因此，執(zhí)行機構的全部控制功能均通過單片機運行軟件系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)?？刂栖浖到y(tǒng)功能如下：①E3F-DS30C4型光電開關通電開始工作；②由單片機接收來自光電開關的信號并決定翻頁方式（順序翻頁或者逆序翻頁）；③由單片機控制導軌系統(tǒng)、YW02-DC24-L型氣泵并結合翻書機上的標桿使翻書機恰到好處的吸附書頁并將書頁提高到一定高度；④由DL-23MDC型步進電機控制撥書桿旋轉完成最后的翻頁操作。整個完整的控制過程的相關程序流程圖如圖5所示。

5 結束語

殘疾人專用翻書機是基于E3F-DS30C4型光電開關等新型傳感器的檢測原理，結合STC89C52單片機主控芯片以及機電一體化傳動裝置等硬件設備所研制開發(fā)的一種具有智能化、人性化特點的科技產品。該產品能夠幫助為數(shù)眾多的手臂功能不健全甚至失去雙臂的殘疾人像正常人一樣進行閱讀，具有非常廣闊的應用前景。