基于51单片机和红外漫反射传感器的久坐提醒神器（番茄钟）的设计

一、背景介绍

我们工作久了，久坐导致的毛病就显现出来了，腰酸背痛颈椎疼，最近看到利用番茄钟工作法挺好，工作25分钟，休息5分钟，既能调整工作节奏，避免精力过分消耗，也能避免久坐导致的身体问题。
我刚开始使用闹钟做提醒，后来尝试番茄钟软件，但是都要手动去操作手机，拿起手机看到信息，然后就会去处理手机上的事情了，起不到作用…
直到有一天收拾东西看到了我大学期间基于51单片机做的一个电子设计，激起了我的灵感，开始了基于51单片机的自动番茄钟，久坐提醒神器的设计和制作。
整体方案硬件部分继承了大学时焊接的电路板，更换了传感器部分，软件部分重新编写了控制部分的代码。
之前的软硬件设计方案可以参考这篇文章《基于51单片机的上下限可调的数字温度控制系统》，本文重点阐述差异部分。

二、功能描述

本设计要求能够识别到座位上有人，并开始计时，能够在LCD屏上显示工作状态和倒计时时间。当超过设置的久坐提醒时间（25分钟），进行蜂鸣器和LED灯报警，并在LCD屏上显示让你休息的提示。人离开后能够重置时间，LCD屏显示离开状态，直到你坐下后开始重新计时。另外如果有特殊情况无法按时休息，支持按复位键重新计时。

三、系统组成

本系统由STC89C52单片机主控，通过晶振时钟模块、复位电路模块、按键模块、液晶显示模块、声光报警模块、传感器模块组成。
其中液晶显示模块采用LCD1602液晶显示屏，声光报警模块采用蜂鸣器和红黄绿三个LED灯，传感器模块开始采用的是E18-D80NK红外漫反射光电传感器。
传感器部分刚开始选用的是HC-SR501热释电红外传感器，但是调试过程中发现该人体红外传感器只能检测到移动的人体，无法检测到静止的人体。咱们工作的时候有时会很专注，静止在那里识别不到，传感器就认为没有人，导致功能失效。后来找了一下发现E18-D80NK红外漫反射光电传感器能够满足要求，于是选了这个传感器。

四、硬件设计

1、总体电路图

其中，传感器要换成红外漫反射光电传感器。

2、传感器介绍

五、软件设计

1、流程图

2、源代码

见附录

六、结果展示

1、正常工作状态

2、久坐提醒状态

3、离开休息状态

附录

主控部分
main.c

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>#include "lcd1602.h"#define WORK_MAX_TIME (25 * 60)sbit beep = P1 ^ 3;   //蜂鸣器
sbit pir = P2 ^ 0;    //热释电红外传感器信号线
sbit reset = P3 ^ 2;  //定义按键--复位键sbit led0 = P2 ^ 2;  //绿灯
sbit led1 = P2 ^ 3;  //黄灯
sbit led2 = P2 ^ 4;  //红灯uint work_time = WORK_MAX_TIME;  //工作坐着的秒数//蜂鸣器
void di(uchar s) {beep = 0;delay1ms(s);beep = 1;
}//按键音
void key() {di(100);
}//报警音
void warn() {di(5000);
}//点亮LED
void lightLED(uchar c) {if (c == 'r') {  // 红灯亮led0 = 1;led1 = 1;led2 = 0;} else if (c == 'g') {  // 绿灯亮led0 = 0;led1 = 1;led2 = 1;} else if (c == 'y') {  // 黄灯亮led0 = 1;led1 = 0;led2 = 1;} else {led0 = 1;led1 = 1;led2 = 1;}
}//液晶显示
void showLCD(char *_msg, uint _tm) {uchar tm[16] = {0};uint min = _tm / 60;uint sec = _tm % 60;write_com(0x80);write_str(_msg);write_com(0x80 + 0x40);sprintf(tm, "time %02d:%02d", min, sec);write_str(tm);
}//处理红外漫反射传感器信号
void processPIR() {// 人在座位上if (pir == 0) {// led显示working和倒计时if (work_time > 0) {showLCD("working ...     ", work_time);// 绿灯亮lightLED('g');work_time--;} else {work_time = 0;showLCD("go go go !!!    ", work_time);// 红灯亮lightLED('r');warn();}} else if (pir == 1) {// led显示leaving和25:00work_time = WORK_MAX_TIME;showLCD("leaving ...     ", work_time);// 黄灯亮lightLED('y');}
}void main() {EA = 1;   //全局中断开关IT0 = 1;  //跳变沿触发方式EX0 = 1;  //开启外部中断0led0 = 0;led1 = 0;led2 = 0;init_1602();delay1ms(1000);while (1) {processPIR();delay1ms(1000);}
}//外部中断0函数
void int0(void) interrupt 0 {EX0 = 0;  //关外部中断0// 重置命令if (reset == 0) {delay1ms(5);if (reset == 0) {while (!reset);key();// 复位重新计时work_time = WORK_MAX_TIME;}}EX0 = 1;  //开启外部中断0
}

LCD1602部分
lcd1602.h

#ifndef _LCD1602_H_
#define _LCD1602_H_#include <reg52.h>typedef unsigned char uchar;
typedef unsigned int uint;//延时程序
void delay1ms(uint z);//写命令操作
void write_com(uchar com);//写数据操作
void write_data(uchar date);//写字符串
void write_str(uchar *str);//液晶初始化
void init_1602();#endif  //_LCD1602_H_

lcd1602.c

#include "lcd1602.h"sbit lcden = P3 ^ 7;  //液晶使能端
sbit lcdrs = P3 ^ 4;  //液晶数据命令选择端
sbit lcdrw = P3 ^ 6;  //读写选择端//延时程序
void delay1ms(uint z) {uint x, y;for (x = z; x > 0; x--)for (y = 114; y > 0; y--);
}//写命令操作
void write_com(uchar com) {lcdrs = 0;P0 = com;delay1ms(5);lcden = 1;delay1ms(5);lcden = 0;
}//写数据操作
void write_data(uchar date) {lcdrs = 1;P0 = date;delay1ms(5);lcden = 1;delay1ms(5);lcden = 0;
}//写字符串
void write_str(uchar *str) {while (*str != '\0')  //字符串未结束{write_data(*str++);delay1ms(1);}
}//液晶初始化
void init_1602() {uchar table[16] = {0};uchar table1[16] = {0};lcdrw = 0;lcden = 0;write_com(0x38);  //设置16x2显示，5x7点阵，八位数据接口write_com(0x0c);  //设置开显示，不显示光标write_com(0x06);  //写一个字符后地址指针加1write_com(0x01);  //显示清0，数据指针清0
}