基于单片机的的智能晾衣系统设计

安徽大学《嵌入式系统工程训练》课程设计报告2018年7月题目基于单片机的智能晾衣系统设计学院电子信息工程学院专业通信工程专业组员姓名与学号指导教师张红伟、赵博1基于单片机的的智能晾衣系统设计摘要随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家装要求的档次越来越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技术在智能家居电子产品中得到了广泛应用，伴随着智能家居的快速发展，晾衣工具的智能化发展明显落后与其他家用器具智能化发展之后，现在己经引起社会的很大关注。本论文为了把握市场动态，顺应时代主题，设计并实现了智能晾衣架系统。采用单片机进行采集光照、雨滴两个外部天气信号，并通过单片机控制旋转衣架，旋转衣架通过步进电机进行调节，当外部天晴，且无雨时，将衣架转出，晾晒衣物；当下雨或者没有阳光时，转回室内，防止被雨打湿，或者天已黑。其中光照传感器采用光敏电阻，雨滴传感器采用LY-69雨滴检测传感器，控制硬件采用步进电机，按键电路设定光照和雨滴的阈值，L602液晶显示感测量和设定值，及工作状态。通过设计和实验调试完成了基于单片机的智能晾衣系统。2目录一.引言...........................................41.1课题研究背景与意义........................41.2本设计的发展现状..........................41.3研究方法..................................51.4研究内容.................................5二．智能晾衣系统的硬件设计...........................52.1设计要求.......................................52.2整体设计框图...................................62.3系统组成概述.................................62.4系统设计要求..................................72.5光强采集模块...................................72.6温湿度传感模块.................................82.7驱动模块.......................................92.8显示模块.......................................10三．基于单片机的的智能晾衣系统的软件设计..............113.1系统分析.......................................113.2STC89C52RC单片机介绍...........................123.3程序设计.......................................1433.4软件算法....................................14四．实验调试......................................16五．结论与展望.....................................18六．心得...........................................18参考文献...........................................204一、引言1.1研究背景与意义基于现在晾衣架发展现状，本设计开发了一种能帮助人们摆脱原始操作的智能晾衣架。本新型晾衣架主要特点在于：可以伸缩，操作简单，占地面积小，美观实尸构优点。同类产品虽有可收缩式的，但属组装而成，操作比较麻烦，而本晾才架只需按下打开按键，衣架杆即可自动伸展开来。同时晾衣架能识别晴雨天气一自动完成收衣服功能的目的。晴雨智能晾衣架能有效地避免在下雨时，衣服无人收起而被雨淋湿;或在天色变晚时，衣架能自动收回，避免衣服在外面过夜1.2智能晾衣架的发展现状在中国各大中城市以及农村普遍是将衣物晾晒于阳台内部或外部，而传统的晾晒衣物方式是阳台内天花板下设置有钢筋挂钩，钩卜通常是挂有竹杆或其它杆体。人们通常习惯于用一支撑杆将衣物支撑到晾衣杆晾晒，这样晾晒衣物费时费力，而且布置钢筋及竹杆与当今现代化建筑结构的阳台也不搭配、有失雅观。另外，家庭通常大都是老人晾衣物，因此，传统的支撑晒衣、收衣不仅是费神费力，而目.容易扭伤筋胃·或支撑不顺扎伤人体。正因传统晾晒衣方式有众多的不便，后出现手摇晾衣架，手摇晾衣架改变了支撑晾衣架的传统习惯，同时也给众多家庭带来了更多的方便。但手摇晾衣架需设置多个机械装置和支撑点，同时需多根网线布置来带动其晾衣杆上下升降。由几支撑点及多根网线的布置，手摇式晾衣架给原本漂亮的阳台增添了不美的因素。其次，手摇晾衣架的升降每次都要人工转换接头，目.需要人力摇动慢慢将杆升降，若晾杆承载的衣物重量过大，摇上去既费力又容易伤手。因此，手摇晾衣架虽然改变传统支撑晾衣的不便，但没有彻底改变费神费力的根本状态。人们期望着一种更方便更美观的新型晾衣架的出现。51.3研究方法（1）文献法。由于本研究将会触及到很多单片机方面的绘图以及变成等方面的知识和技术，为了能够更好的完成研究，所以需要对大量的期刊杂志等书籍进行浏览、整理和分析。这样做能够快速而且有效的获得大量对本研究由有利的信息和材料，因此成为研究方法不可缺少的部分。（2）观察法。合理的观察对研究有很大的帮助，这种研究方法具有很强的目的性和计划性，在实验中往往能达到意想不到的效果，从而开辟人们的思路，招致新的发现，因此也成为研究方法不可缺少的部分。1.4研究内容基于单片机的的智能晾衣系统设计，需要采用单片机作为控制中心，实现自动晾衣的功能，并根据具体情况进行相应的调整，具体性能和指标如下：（1）智能晾衣杆全自动工作，可实现无人操控（2）晾衣杆只有两个位置，伸出去，缩回来（3）位置检测：晾衣杆伸出去时，到达指定位置能够停下来（4）光敏传感器：天黑时候将衣服收回来，天亮时候或者阳光猛烈的时候伸出去晾晒（5）温湿度传感器：下雨温湿度变大的时候将衣服收回来（6）参数灵敏度调节（动态设置）：按键+液晶显示（7）供电：5V电源供给单片机、电机二、智能晾衣系统的硬件设计采用单片机进行采集光照、雨滴两个外部天气信号，并通过单片机控制旋转衣架，旋转衣架通过步进电机进行调节，当外部天晴，且无雨时，将衣架转出，晾晒衣物；当下雨或者没有阳光时，转回室内，防止被雨打湿，或者天已黑。62.1设计要求（1）构建一个型号为STC89C52的单片机系统（内含串口通信电路，单片机最小系统），作为系统的主控模块，负责数据的采集、处理与分析、执行部件的控制等；（2）检测功能：实时检测温湿度传感器测得的温度值、湿度值；实时检测环境的光强值；实时检测限位开关的状态，为电机转动时提供停转信号；（3）显示功能：通过液晶屏1602对系统的参数及系统状态进行指示；（4）执行部件：2路继电器模块，在本系统中采用2路继电器实现对电机正转、反转和停转的控制，以此来模拟晒衣、收衣和停止的动作；（5）程序编写：使用KEILC软件编译环境，使用C语言进行系统程序的编写，并在程序中对采集到的数据进行分析、处理和显示。2.1整体设计框图控制总体款图如下图2.1所示，通过光照传感器和雨滴传感器感知外部天气的光照和雨滴情况，按键设定光照和雨滴的阈值，衣架位置传感器采集衣架所在位置，最后单片机驱动步进电机，将衣架来回于室内室外。图2.1系统程序框图光照传感器用按键模拟的限位开关温湿度传感器单片机继电器液晶屏电机衣架72.3系统组成概述系统主要由：控制系统核心、温湿度模块、光强检测模块、电机驱动模块、直流电机、开关模块和显示模块。控制系统核心作为系统的控制核心和数据处理中心；湿度检测模块用来采集环境湿度信号；光强检测模块用来采集环境光强信号；电机驱动模块用来功率放大驱动电机正反转，进而带动晾衣架做伸出或缩回运动；开关模块是用来设置系统工作模式，并在手动工作模式下，设置晾衣架的伸出或缩回；显示模块用来显示湿度数据、光强情况、晾衣架状态等内容2.4系统设计要求（1）简单性：智能晾衣架是为现在生活节奏快的上班一族设计，因此本设计必须操作简单，因为忙碌一天的上班族是不愿意在这些小事上花费精力。而且本设计就是为了解决生活小事，若是操作繁杂，这就与我们的初衷恰恰相反的，所以此设计必须操作简单。（2）经济性：本设计拥有着大量的潜在市场，是能够在家庭中应用的。所以必须要设计合理。设计合理中经济性尤为重要，而且我们设计的是智能晾衣架，作为一个晾衣架本身功能来说，就决定了本设计的产品价格就不能太高。并且，任何人都喜欢性价比高的产品。所以我们的设计应该追求物美价廉。这就要求我们不仅要技术先进，经济上也要更加合理。（3）实用性：本设计是工具，因此我们设计应该多考虑一些实用功能，不能设计那些不实用的功能。本设计针对的是经常在露天晾晒衣物的人群设计，所以在设计过程中也会做一些调整，添加实用的功能，减少冗杂而不必要的功能。（4）安全、可靠性：因为智能晾衣架是应用于家庭的，所以要保证其安全、可靠性。从电子元件、电路设计、材料的选用都应注意提高其安全性与可靠性。2.5光强采集模块为了对外部光照强度的测量，论文采用光敏电阻对光照进行测量，如图2.28所示光敏电阻，此光敏电阻是负参数的光敏电阻，也就是说光照增强后电阻阻减小，我们通过实验测量得到光敏电阻的电子变化范围在几百欧姆到几兆欧姆之间变化，当光强度很大时，光敏电阻的阻值可达几百欧姆，当在黑暗的环境中时，测量光敏电阻两端的阻值，可达几兆欧姆的电阻。图2.2光敏电阻为了实现与光敏电阻的阻值想匹配的电阻，我们采用10K的电阻进行上拉电阻。通常情况下，光敏电阻的阻值在千欧姆上，所以当光照强度很大时，光敏电阻的阻值很小，进行图2.2电路后输出的信号就是很小的电压信号；当光照强度很小时，即黑暗情况下，光敏电阻的阻值很大，进行图2.2电路后输出的信号就是接近供电电源的电压3.3V。在电压信号输出后，采用104电容进行滤波，已得到更平滑的信号波形，方便单片机对信号的处理，不会因为光照的不稳定，而导致误判。图2.2光敏电阻2.6温湿度传感模块DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式存在OTP内存中，传感器内部在检测型号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，使其成为给类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装，连接方便。连接方式如图2.39图2.3DHT11连接方式2.7驱动模块1.电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（我们称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如下图所示）；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保