基于单片机PIC16F74的电动按摩椅的研制

　　本文介绍了一款采用PIC16F74单片机作为微处理芯片的电动按摩椅控制系统，具体包括有系统的组成和功能介绍、硬件电路的设计、软件功能实现以及抗干扰措施。

1、引言

　　随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高，按摩椅等保健产品越来越受到欢迎。目前，在电动按摩椅市场上，进口、合资以及国产产品并存。相对而言，进口产品功能强大、按摩方式丰富、外观优美，但同时其价格也非常昂贵。而国内产品功能较简单，产品知名度也相对较低，但是其价格比较低廉。本文主要介绍了一款自主研发的中档电动按摩椅。该产品既有功能比较强大、按摩方式比较丰富、结构简单、外观优美、控制方式简单灵活，产品容易升级的特点，同时其价格却只有国外同等产品的一半。

2、按摩椅系统的组成、工作原理及其功能实现

　　2.1、系统组成

　　整个系统主要分为两个部分，即背部按摩区域和臀部、下肢按摩区域。

　　背部按摩区域的机构主要有：系统控制电路板、电动机、丝杆及其润滑装置、S形滑动槽、按摩头功能盒等。同时根据人体结构又将背部整个区域划分为颈部、中部、腰部以及尾椎四个按摩区间。而臀部、下肢按摩区域的机构主要有12个
按摩气囊及其实现机构。此外系统主要还有手控面板，红外线探测系统，靠背、小腿架处的电动推杆等。

　　2.2、系统工作原理及结构功能特点

　　由于PIC单片机具有成本低，功能丰富，控制方式简单等优势，因此系统采用PIC16F74单片机作为系统的控制芯片。

　　系统设计为自动和手动两种运行模式。在自动模式下，按摩模式主要有：快速消除疲劳模式、休闲模式、睡眠模式以及适合于老人使用的轻柔模式等。而在手动方式下，可以启停任意电机和按摩气囊。并可根据实际情况，选择需要的按摩力度、宽窄和气囊按摩压力。系统所有的按摩功能均具有三档速度调节。

　　背部机构根据人体的背部生理曲线科学地设计为S形结构。其背部机构的主要功能有：推拿、揉捏、捶打及指压。其中推拿、揉捏、捶打及指压功能分别由三台电机独立驱动实现。按摩头功能盒可以上下运行，并可选择全程、局部以及定点进行按摩。而在臀部和下肢区域，可以通过控制气囊的收放起伏律动以及气囊的强度来实现按摩。

　　此外还可以根据个人的喜好控制靠背、小腿架的电动推杆，调整靠背和小腿架的倾斜角度，从而提高按摩舒适度。

　　2.3、系统功能实现

　　2.3.1、硬件实现

　　该按摩椅控制系统中的主要硬件为PIC16F74微处理器。供电电源为＋5V，输入和输出可以是模拟（量）信号，也可以是开关（量）信号。本控制系统采用的是PIC16F74开关量的输入和输出来进行控制的。

　　系统首先通过红外线探测装置获得按摩对象的身高和形体参数，并将相关参数传递给系统主程序，然后根据人体穴位的分布原理，驱动按摩机构进行按摩。

　　系统中的背部行程及揉捏电机在运行时经常需要换向，其正反转功能采用互锁电路驱动两个继电器交替工作来实现，并且电路在任何时候最多只有一只继电器工作，这样可以十分有效的避免同一继电器在较长时间使用后，由于其换向后接触不良而导致的电路短路情况，从而可以大大提高系统运行的稳定性和可靠性，显著地延长产品的使用寿命。

　　2.3.2、系统软件实现

　　为了充分发挥系统的性能，实现按摩方式、力度及其宽窄的合理组合，本系统软件共设计为三层：电机驱动层，功能驱动层，用户界面。其中：电机驱动层负责对硬件的驱动，即起停、强弱以及宽窄的驱动；功能驱动层负责对所有功能的按优先级仲裁，对低级功能进行保护或清除，并与其他模块的功能层交互等；而用户界面则负责接收用户的按键输入。其原理如图1所示。

系统的控制程序流程图如图2所示

　　系统上电后，CPU开始对整个键盘进行扫描，当扫描到某键按下后进行适当的延时消抖，再次确认按键有效后即启动相应按键的服务子程序，然后进行过零检测，通过控制可控硅来实现对电机的速度控制。同时将电机的速度状态显示于LCD中。

　　本系统软件主要解决了以下几个重要的问题：

　　2.3.2.1、过零检测

　　系统利用特定的硬件电路对市电进行整流后得到半波信号，然后从RA4引脚输入同步信号。系统巧妙的利用了硬件的特性，当对T0进行初始值设定后，然后通过外部信号来触发定时器T0的翻转，从而实现精确的过零检测。然后根据过零检测可以控制可控硅来实现对电机电压的准确控制。这样可以十分有效地避免通过软件进行过零检测时带来的误差，并由此引起的电机电压控制不准确、不稳定以及整个系统运行的不可靠。

　　2.3.2.2、按摩区间划分

　　当红外线探测装置探测到按摩对象的相应参数后，程序根据此结果将整个按摩区域划分为颈部、中部、腰部以及尾椎四个区间。并按人体生理原理对各个区间采用不同的按摩方式及其按摩力度和宽窄的变化组合，从而提高按摩舒适度。