成本低、可靠性高和干手时间短的EM78P419N单片机消毒干手机设计

随着生活水平的提高，人们的卫生意识不断增强。在公共场所用纸巾擦手将会造成交叉感染和资源浪费。传统的干手机只能烘手，不能消毒，干手的时间长达近30 s。因此，本文针对普通干手机的不足，设计一种新型的干手机，干手时间仅为3~ 5 s，手伸即喷，手离即停，无延时喷雾现象。

1 硬件总体设计

1. 1 系统组成

该设计以EM78P419N 处理器为核心，由红外发射模块、接收模块、消毒模块、干手模块、液位显示、报警模块、电源等组成。设计时，各个模块可相对独立设计调试，最后集成为整个系统。硬件系统框图如图1 所示。

图1 硬件系统框图

1. 2 工作原理

利用红外漫反射原理来感应是否有手置入。需要干手时，将手放到干手机里，红外线被手反射到红外接收器，红外接收器将光信号转换成电信号送到单片机中，信号经过处理后启动消毒模块，几秒后，执行干手动作。为了保证消毒水的正常供应，在开机时，干手机会对消毒水位进行检查，当水位低于1/ 5 时，电路会报警。同时，考虑到季节的不同，可切换凉风和热风，降低年运行费。

2 硬件设计

电路原理图如图2 所示。

图2 电路原理图

2. 1 处理器EM78P419N

EM78P419N 是采用低功率、高速CMOS 工艺制造的8 位单片机。其内部有4K×13 位一次性只读ROM，8 级堆栈供子程序嵌套，8 位实时定时/ 计数器，8 位多路A/ D 转换器，3 个脉冲宽度调制器，6 个中断源，可编程自由运行看门狗定时器，3 个双向I/ O 端口。

2. 2 红外发射、接收模块

红外发射电路由晶振电路产生455 kHz 信号，经分频得到稳定的38 kHz 载波频率，编码信号对38 kHz载波信号进行调制，再经红外发射管D19向外发射红外线。

当手置于干手机中时，有一部分红外线反射到接收电路中的红外接收头HS3008 转换成电信号，再经过放大器Q12进行放大送到SC9149RX IN 端，当接收编码与发射编码一致时，HP3 输出高电平到单片机的13 脚。

2. 3 消毒模块

该模块由电磁阀和滴水泵组成。当有手置入干手机中，单片机13 脚接收到红外接收电路送来的电信号后，从9 脚发出脉冲信号加到Q8 管放大后供给光电耦合器U3 作驱动信号。光电耦合器输出信号驱动双向可控硅管U8 ，可控硅管U 8 导通即输出220 V 电压传送给电磁阀使其打开。随后，单片机8 脚发出的信号经处理后加到滴水泵，水泵将消毒水压上来，再通过一个雾嘴，使消毒水雾化，均匀喷在手的表面。当干手机无人使用时，机器则处于待定工作状态，此时水泵、电磁阀相继停止工作，避免出现滴露现象。

2. 4 干手模块

该模块由加热器、风扇、温度传感器组成。当消毒模块工作完成后，单片机6 脚发出的信号经处理后加到加热器，该加热器采用内热式再循环原理，在5 s 内使手上的消毒水快干。为了防止加热过高，在电路中设计一个传感器TEM_SENSOR1 来检测加热器的温度，当温度高于40 ℃ ，就停止工作，避免手部烫坏; 当温度低于38℃ ，加热器工作。同时，利用U1 MOS 管来驱动风扇工作，将加热器的热量吹出来到达手部。考虑到季节的不同，在电路中设计一个短路跳针，在温度较高的天气，可拔掉该插件，使加热器不参与工作，单靠风扇烘干手。

2. 5 液位显示、报警模块

为了显示消毒水的液位情况，在电路中采用一个水位传感器来感应1/ 5，2/ 5，3/ 5，4/ 5，5/ 5 这5 个液位。

当水位在某个高度时，水位传感器所测得的数据经过三极管放大，再相应地送到单片机的15，16，17，19 或20 脚，再通过24，23，1，2 或3 脚输出一个低电平给相应的发光二极管，使其发光，这样可知当前水位的高度。

当水位低于1/ 5 时，机器开机时21 脚输出高电平给BU ZZER 报警。同时，22 脚输出低电平，使二极管发出红光，提醒消毒水不足; 当水位在1/ 5~ 2/ 5 间，11 脚输出低电平，使二极管发出黄光，提醒消毒水即将不足; 当消毒水加满时机器同样会蜂鸣提醒水已加满，以免不注意时溢出。

2. 6 电源电路

220 V 市电经变压器降压，分别变成5 V，10. 5 V的交流电，再经桥式整流，电容滤波，5 V 的交流电稳压后得+ 5 V 电源给控制电路供电; 10. 5 V 的交流电变成12. 6 V 的交流电提供给风扇电路。

3 软件设计

主程序初始化后，首先进行水位检查，如水位低于1/ 5 时，电路报警; 否则，发射红外信号，如果检测到红外反射信号，说明有手置入，则设定工作标志，相继打开电磁阀、水泵，2 s 延时后，相继关闭水泵、电磁阀。打开风扇和加热器，再判断加热器的温度是否高于40 ，当温度高于40℃ ，加热器停止工作; 当温度低于38 ，加热器工作。程序流程图如图3 所示。

图3 程序流程图

4 主要技术参数

主要技术参数如下：

电源为AC220 （ 1±10% ） V，50/ 60 Hz; 功率为1 400 W; 消耗功率小于等于60 W; 风速为100 m/ s; 吹干时间为3 ~ 5 s; 感应距离为5 ~ 16 cm; 装液量为1 700 mL; 噪音小于等于50 dB; 外型尺寸为230 mm150 mm 375 mm; 工作方式有壁挂式、喷淋方式（ 定量喷淋，喷雾量小于等于10 mL/ 次） 。

5 结 语

采用EM78P419N单片机和红外技术相结合的新型消毒、干手双功能机，具有成本低、体积小、硬件电路简单、可靠性高的特点，可全自动控制喷雾消毒，避免了消毒前后手的交叉感染和二次感染，在各类人员*或流动的场所应用广泛。