基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩
基于单片机的智能晾衣架控制系统的设计与实现
基于单片机的智能晾衣架控制系统的设计与实现董阳通信工程专业通信1301班学号130250004指导教师李丽芬副教授摘要现在都市的生活越来越忙，很多人都没有时间和精力来管理一些细节上的东西，比如，在合适的阳光温度时间内晾晒衣服。
针对这来问题我们开始了研究，通过对智能晾衣架控制系统的设计与实现的不断探究，得到了比较好的设计思路。
通过使用DHT11温湿度传感器、光敏电阻等元件，对环境的变化进行检测，然后再将测量数据传递给STC89C51单片机，单片机的核心板再对所测量的温湿度和光线的强弱进行判别，驱使电机进行正转或者反转，达到智能晾晒衣物的目的。
在温湿度检测方面使用的是DHT11传感器模块，该模块将测量得到的数据与设定值进行对比，如果湿度超越过设定值，系统会默认回收晾衣架，发送脉冲信号来控制电机收回晾衣架。
针对光照强度方面的检测我们选择使用光敏电阻，光照强度的改变会使电阻阻值产生相应的变化，单片机将变化后的阻值与设定值进行对比，如果超过设定值，则控制电机进行转动，使衣架收回，从而实现智能晾衣服的目的。
关键词：智能STC89C51 DHT11Design and Implementation of Intelligent Clothes HangerControl System Based on Single Chip MicrocomputerAbstractNow the city life more and more busy, a lot of people do not have the time and energy to manage some of the details, for example, in the appropriate temperature of the sun drying clothes. In order to solve this problem, we started the research, through the intelligent clothes hanger control system design and implementation of continuous research, get a better design ideas. By using the DHT11 temperature and humidity sensor, photosensitive resistance and other components, the change of environment were detected, and then the measurement data are transmitted to the STC89C51 microcontroller core board microcontroller to measure the temperature and humidity and light intensity discrimination, motor driven forward or reverse, achieves the intelligent clothes drying purpose. Used in the detection of the temperature and humidity DHT11 sensor module, the module will be measured data are compared with the set value, if the humidity is beyond the set value, the system will default recovery racks, send pulse signal to control the motor back racks. Similarly, the photosensitive resistor for detecting the light intensity of the light intensity, the changes will cause the resistance change, will change the resistance compared with the set value, if it exceeds the set value, then control the motor to rotate, the clothes hanger to recover, so as to achieve the purpose of intelligent clothes.Key words: intelligent STC89C51 DHT11目录前言 (1)第1章绪论 (2)第1.1节选题背景 (2)第1.2节研究方法及目的 (2)第1.3节研究意义 (3)第2章系统总体设计 (4)第2.1节总系统设计框图 (4)第2.2节系统组成概述 (4)第2.3节控制系统核心选择 (4)第2.4节湿度检测模块选择 (5)第2.5节遥控电路设计 (5)第2.6节遥控发射模块参数 (6)第2.7节光强检测模块选择 (7)第2.8节电机模块选择 (7)第２.9节系统设计要求 (8)第3章控制系统硬件设计 (9)第3.1节单片机的介绍及其工作系统设计 (9)第3.2节温湿度传感器电路 (14)第3.3节光敏检测电路 (17)第3.4节直流电机驱动电路 (19)第4章控制系统设计 (21)第4.1节程序流程图 (21)第4.2节程序设计 (22)第4.3节系统初始化 (22)第4.4节温湿度检测 (25)第5章系统整体调试 (27)第5.1节系统仿真演示 (28)第5.2节硬件实物的焊接 (33)结论 (37)附录 (39)参考文献 (41)致谢 (42)前言科技是第一生产力科技的进步推动着人类生活的进步，人们对生活也开始不断的追求智能化，这种形式促使各国也在家具智能方面开始了深入的研究。
《2024年基于STM32的智能晾衣架控制系统设计》范文
《基于STM32的智能晾衣架控制系统设计》篇一一、引言随着物联网技术的发展和人们生活水平的提高，智能家居的概念越来越受到关注。
作为智能家居中的一环，智能晾衣架控制系统以其便捷、高效、节能的特点，逐渐成为现代家庭不可或缺的一部分。
本文将详细介绍基于STM32的智能晾衣架控制系统的设计，包括系统架构、硬件设计、软件设计以及系统实现与测试等方面。
二、系统架构设计本系统采用模块化设计，主要由主控制器模块、传感器模块、执行器模块、通信模块等组成。
主控制器模块采用STM32系列微控制器，负责整个系统的控制与协调。
传感器模块包括湿度传感器、温度传感器和风速传感器等，用于实时监测环境参数。
执行器模块包括电机驱动模块和LED照明模块等，用于实现晾衣架的升降、照明等功能。
通信模块采用无线通信技术，实现与手机APP的通信，方便用户进行远程控制。
三、硬件设计1. 主控制器模块：选用STM32F103C8T6微控制器，具有高性能、低功耗的特点，满足系统控制需求。
2. 传感器模块：包括湿度传感器、温度传感器和风速传感器等，用于实时监测环境参数。
传感器通过I2C或ADC接口与主控制器连接，实现数据的实时采集与传输。
3. 执行器模块：包括电机驱动模块和LED照明模块等。
电机驱动模块采用H桥电路，实现电机的正反转控制，从而控制晾衣架的升降。
LED照明模块采用低功耗LED灯，实现晾衣架的照明功能。
4. 通信模块：采用无线通信技术，如Wi-Fi或蓝牙等，实现与手机APP的通信。
通信模块与主控制器通过串口或SPI接口连接，实现数据的传输与接收。
四、软件设计软件设计主要包括操作系统移植、驱动程序编写、应用软件开发等方面。
本系统采用嵌入式操作系统，如RTOS（实时操作系统）等，实现多任务调度与控制。
驱动程序包括传感器驱动程序、电机驱动程序等，实现硬件设备的控制与数据采集。
应用软件包括手机APP和本地控制软件等，实现用户界面的设计与交互功能。
基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩
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目录
系统概述单片机选型与电路设计智能控制算法实现系统测试与性能分析成本与市场前景分析总结与展望
系统概述
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01
通过单片机技术，实现晾衣架的智能化控制，提升用户的使用体验。
智能化
系统设计应注重便捷性，方便用户操作和使用。
便捷性
确保系统的稳定性和可靠性，避免因设备故障影响用户正常使用。
研发、测试、调试等环节所需的人力和物力成本。
批量生产所需的制造成本和原材料成本。
总结与展望
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06
功能实现：本智能晾衣架系统成功实现了遥控控制、光感自动升降、遇阻停止、风干与烘干功能。通过遥控操作，用户可以方便地控制晾衣架的升降；光感自动升降功能则根据环境光线强度自动调节晾衣架的高度，以充分利用自然光；遇阻停止功能确保了使用的安全性，避免了因障碍物造成的设备损坏；风干与烘干功能则为用户提供了更多选择，满足不同天气和衣物类型的晾晒需求。
可靠性
选择合适的单片机作为主控制器，确保系统性能和稳定性。
单片机选型
采用合适的无线通信技术，实现遥控器与单片机之间的数据传输。
无线通信
选用合适的传感器检测晾衣架状态，为系统提供实时数据。
传感器应用
根据系统需求进行软件编程，实现各项功能和控制逻辑。
软件设计
单片机选型与电路设计
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02
实验数据采集与分析
采集实验数据，分析智能晾衣架系统的控制效果和衣物干燥性能，验证系统的可行性和优越性。
实验结果评估与改进
根据实验结果进行系统评估，针对存在的问题进行改进和优化，提高系统的性能和实用性。
基于单片机控制的智能晾衣系统的设计
• 113•不管是上班族还是退休在家的叔叔阿姨们，在生活上都追求快捷和方便，智能家居产品的应用也越来越多。
本文设计一款湿感应式的智能晾衣系统，该系统主要由步进电机、单片机和传感器组成，实现对晾晒衣物的智能控制。
其中实时检测系统由作为主控芯片的单片机来实现，大气的湿度用湿度传感器来进行检测，收晾衣服的工作由42型步进电机拖动丝杠来完成。
这样设计既减少了劳动力，也节约了很多的资源。
晾衣、收衣在我们的日常生活中是一件差不多每天都要完成的控制的实时检测系统，该系统的大气湿度用湿度传感器来进行检测，收晾衣服的工作由42型步进电机拖动丝杠来完成。
1 总体设计本项目用单片机作为主控制器，通过软件kile4编写程序来控制步进电机，再由步进电机来带动丝杠做前后运动。
用丝杠的前后运动来模拟晾衣架的自动伸缩功能。
下面图1所示为控制总体流程图，室外的雨滴情况由雨滴传感器将信号转换并传递给单片机，按基于单片机控制的智能晾衣系统的设计杭州萧山技师学院 魏金灵图2 L298N驱动器内部原理图图1 总体流程图事情，目前很多家庭主要使用手摇升降晾衣架或使用一些简单的晾衣工具，比如悬空的竹竿或管状金属物等，这些已经不能满足方便、快捷的需求。
而智能控制技术的应用使得各种家居产品智能化，智能家居的出现使得人们所追求的简单、快捷的生活方式得以实现，居住环境得到了优化，时间能够被合理有效地安排，并且节约各种能源。
本设计是一个采用单片机为主控芯片来• 114•键启动系统，利用单片机来驱动步进电机，使衣架能够在室内室外来回运动。
2 硬件设计利用单片机采集室外的天气情况是晴天还是下雨，并通过单片机控制步进电机，步进电机带动丝杠使衣架运动。
当室外晴天时，衣架伸出，晾晒衣物；当下雨或者晾衣时间到达时，缩回室内，防止被雨打湿。
2.1 滚珠丝杠因为衣架的来回运动轨迹是直线，本设计中的直线运动由滚珠丝杠来实现，它可把旋转运动转化成直线运动，螺杆、螺母和滚珠是构成滚珠丝杠的主要部件，因为它的摩擦阻力很小，所以在各种工业设备和精密仪器中得到了广泛的应用，本设计中使用T8丝杠。
基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩
基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩随着科技的不断发展，智能家居产品越来越受到人们的青睐。
智能晾衣架作为智能家居的一部分，能够为人们的生活带来极大的便利。
本次设计的基于单片机的智能晾衣架系统，旨在实现晾衣架的自动化控制，提高衣物晾晒的效率和质量。
一、系统总体设计本智能晾衣架系统主要由传感器模块、控制模块、执行模块和电源模块组成。
传感器模块包括湿度传感器和光照传感器。
湿度传感器用于检测衣物的湿度情况，光照传感器用于检测环境光照强度。
控制模块采用单片机作为核心控制器，负责接收传感器模块传来的数据，并进行处理和分析，根据预设的条件发出控制指令。
执行模块包括电机驱动电路和晾衣架升降装置。
电机驱动电路接收单片机的控制指令，驱动电机正反转，从而实现晾衣架的升降。
电源模块为整个系统提供稳定的电源供应。
二、硬件设计（一）单片机选型经过综合考虑，选择了_____型号的单片机。
该单片机具有性能稳定、功耗低、接口丰富等优点，能够满足本系统的设计需求。
（二）传感器电路设计湿度传感器采用_____型号，其输出信号经过调理电路后输入到单片机的模拟输入引脚。
光照传感器选用_____型号，直接将其数字输出信号连接到单片机的数字输入引脚。
（三）电机驱动电路设计电机驱动电路采用_____芯片，通过单片机的引脚输出高低电平来控制电机的正反转。
为了提高驱动能力，还加入了功率放大电路。
（四）电源电路设计系统电源采用_____电源方案，将输入的市电转换为适合各个模块工作的直流电压。
同时，为了提高电源的稳定性，还加入了滤波和稳压电路。
三、软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部寄存器的设置、传感器的初始化等。
然后进入主循环，不断读取传感器的数据，并根据数据进行判断和控制。
（二）传感器数据采集与处理程序通过单片机的模拟或数字接口读取传感器的数据，并进行滤波和校准处理，以提高数据的准确性。
（三）控制算法设计根据衣物的湿度和环境光照强度，制定了合理的控制策略。
基于AT89S52单片机的智能晾衣架系统设计
基于AT89S52单片机的智能晾衣架系统设计摘要随着社会的不断发展和进步智能化的产品在不段的涌入我们的家庭生活给我们的生活起居带来便利但是晾衣工具还是处于比较原始的层次几乎没有什么改变已经跟不上我们生活的节奏的变化对于现在城市里的大多数人们每天都是忙于工作白天的时间几乎都不在家中当天气变化时不能及时的把衣服收回关于这个问题本文对智能晾衣架系统进行研究运用DS18B20温度传感器CHR01湿度传感器和5547光敏电阻采集到的信号传输给系统处理核心单片机AT89S52根据当时的温湿度和光线的强弱判断晾衣架是否要收回当空气中的相对湿度超过设定值认为要下雨或已经下雨或光线变暗到一定值认为已经天黑时系统会发出报警提示主人收衣服并延时无人应答后系统会自动发出脉冲信号给步进电机从而控制机械部分自动收回晾衣架关键字温度传感器湿度传感器光敏电阻AT89S52AbstractWith the continuous development and advancement of society many intellectualization products enter into our daily life and give convenience for our life But the rack used to dry clothe is in a low level and has little change so it can not catch up with the rhythm of our life The residents in modern cities are always busy in their work and can not stay at home during the daytime When weather goes bad they have no chanceto take back their clothes Based on this problem this paper designs this intellectualized rack used to dry clothes system This system uses the signal gathered by DS18B20 temperature sensor CHR01 humidity sensor and 5547 photoresistance sensor to put into the system processing core monolithic integrated circuit AT89S52 Whether to take back the clothes was determined by the current status of temperature humidity and sunshine When the relative humidity surpasses the defined value There is a tendency to rain or have rained or the sunshine was dark to a special definite value The weather turns dark the system will send out warning and prompt the master to take back the clothes If there is nobody replying it the system will send out pulse signal into step motor automotive control the mechanical part and take back the rack used to dry clothes Key Words目录第1章绪论111 课题来源112晾衣服架的发展现状 113系统的研究意义2第2章系统总体方案设计 321总系统设计框图322系统组成概述 323系统硬件电路选择 324系统软件结构设计 425机械结构设计 5第3章控制系统硬件设计 631单片机的介绍及其工作系统设计6 32温度传感器电路733湿度传感器电路934光敏检测电路1035显示电路1135步进电机及其驱动电路11第4章控制系统软件设计 1441系统初始化 1442液晶显示1543温度检测1544湿度检测1645电机控制程序17第5章机械系统的设计1851传动螺纹的选择18com选择1852螺纹传动的选择19com计算19com强度计算20com纹强度计算21第6章系统整体调试23 结论24谢辞25参考文献26附录1 27附录2 28附录3 37第1章绪论11 课题来源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它不仅优化了人们的生活方式和居住环境而且方便人们有效地安排时间和节约各种能源实现了家电照明窗帘控制和防盗报警定时控制及电话远程控制等伴随着高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已经引起社会的很大关注12晾衣服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外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上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杆上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且容易扭伤筋骨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的上下升降由于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且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一种能帮助人们摆脱原始操作的晾衣架本实用新型主要特点在于Atmel 公司的AT89S52单片机作为控制核心外围辅助温度传感电路湿度传感电路及光敏传感电路等检测电路来控制电机运动实现收晾衣的智能化的功能总体设计框图如下图21所示图21 系统总体控制框图22系统组成概述本系统可固定在阳台外面既能节省空间同时系统通过测温度电路测湿度电路及光敏电路等检测电路自动测量当前空气温度湿度和光线强度根据当前温湿度值和光线强度确定晾衣架是否收回并且能在液晶屏上显示温湿度值和晾衣架状态当要下雨或已经下雨时空气中的相对湿度急剧增加超过初定值时系统会自动发出警报提示主人收衣服若无人应答系统自动默认屋内无人系统会自动给电机脉冲完成自动收衣服功能23系统硬件电路选择本系统的控制核心采用扩展型单片机AT89S52 该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计的由先进的CMOS 工艺制造并带有非易失性Flash 程序存储器全部支持12 时钟和6 时钟操作包含128 字节和256 字节RAM 32 条IO 口线3 个16 位定时计数器6 输入4 优先级嵌套中断结构1 个串行IO 口可以满足本系统的需要系统检测部分电路由DALLAS公司DS18B20为核心的温度传感电路广州西博臣科技有限公司的CHR01型湿度传感器为核心的湿度传感电路及由光敏电阻构成的光线检测电路组成DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1－Wire即单总线器件具有线路简单体积小的特点因此用它来组成一个测温系统具有线路简单在一根通信线可以挂很多这样的数字温度计十分方便驱动器MS-2H090M驱动器MS-2H090MAT89S52 单片机是一种低功耗高性能的有8k字节可编程可擦写闪存的8 位互补金属氧化物半导体微控制器它由美国的Atmel 公司用高密度固定存储器技术制造且和现有标准的MCS-51 指令系统兼容AT89S52 带有ISP 下载功能它利用89S-AVR ISP 编程器替代昂贵的单片机仿真器编程器既节省开发费用又带来使用方便AT89S52的运行速度快处理能力强且对C 语言编程提供了较好的支持兼容MCS-51指令系统8k可反复擦写ISP Flash ROM32个双向IO口45-55V工作电压3个16位可编程定时计数器时钟频率0-33MHz全双工UART串行中断口线256x8bit内部RAM2个外部中断源低功耗空闲和省电模式中断唤醒省电模式3级加密位看门狗WDT电路软件设置空闲和省电功能灵活的ISP字节和分页编程双数据寄存器指针单片机及其最小系统工作电路如下图31所示[12]图31单片机最小系统工作电路32温度传感器电路DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1Wire即单总线器件具有线路简单点可编程为9到12位AD转换精度测温分辨率可达00625被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出其工作电源既可在远端引入也可采用寄生电源方式产生多个DS18B20通信可以并联到三根或两根线上CPU只需一根端口线就能与多个DS18B20通信占用微处理的端口较少可节省大量的引线和逻辑电路1DS18B20产品的特点1只要求一个端口即可实现通信2在DS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号3实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温4测量温度范围在－55C到＋125C之间5数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择6内部有温度上下限告警设置对应的可分辨率是最多在750把温度值转化为数字8用户可定义的非易失性温度报警设置9报警搜索病例识别并标志超过程序限定温度温度报警条件的器件2DS18B20的应用包括温度控制工业系统消费品温度计或任何热感测系统负压特性电源极性反接时温度计不会发热而烧毁但不能正常工作3DS18B20的引脚介TO－92封装的DS18B20的引脚排列见图其引脚功能描述见表DS18B20底面图表DS18B20详细引脚功能描述名称引脚功能描述 1 GND 地信号 2 DQ 数据输入输出引脚开漏单总线接口引脚当被用着在寄生电源下也可以向器件提供电源 3 VDD 可选择的VDD引脚当工作于寄生电源时此引脚必须接地4DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式即在一根数据线实现数据的双向传输而对AT89S51单片机来说硬件上并不支持单总线协议因此我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问由于DS18B20是在一根IO线上读写数据因此对读写的数据位有着严格的时序要求DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性该协议定义了几种信号的时序初始化时序读时序写时序所有时序都是将主机作为主设备单总线器件作为从设备而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始如果要求单总线器件回送数据在进行写命令后主机需启动读时序完成数据接收数据和命令的传输都是低位在先33湿度传感器电路高分子湿度传感器CHR01为新一代复合型电阻型湿度敏感部件其复阻抗与空气相对湿度成指数关系直流阻抗普通数字万用表测量几乎为无穷大与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电由于水分子为极性分子在直流电存在的情况下会电离分解从而影响导电与元件的寿命所以要求采用交流电路对传感器进行供电对湿度传感器而言频率与阻抗之间存在一定的关系对于测量30--80RH范围频率的变化对传感器影响并不明显在单片机软件编程的实际应用时需要通过将传感器置于湿度发生装置中例如恒温恒湿箱进行实测通过软件对最终的误差进行修正此项修正基本上可以弥补频率变化所产生的误差以及其他误差湿度传感器阻抗变化与温度的关系见规格书中的数据表先检测温度然后按查表法对进行湿度检测如果湿度精度要求不是特别严格的情况从数据处理简易的法则来说可以推算湿度传感器温度系数为-04RH℃公式为Ht H 25℃ - 04 t – 25例如以实测阻抗按25℃的数据表读数例如在35℃时读到的阻抗为30K按25℃表格相对湿度为60RH此时按公式计算的实际湿度应为56RH 湿度传感器阻抗采用555转换电路来测试由555定时器构成的多谐振荡器如图3-3 a 所示当电源接通后电容C被充电上升当上升到时触发器被置位此时为低电平电容C通过和T放电使下降当下降到时触发器又被置位反转为高电平C 放电结束T截止将通过和向电容器C充电当上升到时触发器又发生翻转如此周而复始在输出端就得到一个周期性的方波其频率为由于555内部的比较器灵敏度较高而且采用差分电路形式它的振荡频率受电压和温度变化的影响很小所以系统采用将湿度传感器的阻抗通过555多谐振荡器将阻抗变为对频率的测试其电路图如图33 b 所示图33 a [11]为多谐振荡电路34光敏检测电路光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件光敏电阻的阻值会随着光照的强弱的变化而变化光照强光敏电阻的阻值就小光照弱光敏电阻的阻止就大光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极贴在硬质玻璃云母高频瓷或其他绝缘材料基板上两端接有电极引线封装在带有窗口的金属或塑料外壳内光敏面做成蛇形电极作成梳状是因为这样既可以保证有较大的受光表面也可以减小电极之间距离从而既可以减小电极间电子渡越时间也有利于提高灵敏度在实际应用中可以加直流偏压也可以加交流偏压它的电流随电压呈线性变化本系统中利用光敏电阻的感光特性来检测光线的强弱程度通过检测光线的强弱程度来判断白天和黑夜同时可辅助湿度传感器检测阴天与晴天其电路结构图如下图34所示[6]电路中光敏电阻型号为PGM5539系统实现原理是利用光敏电阻的光电特性即光敏电阻受光照时阻值小于无光照时来使系统工作在图中电路工作前正常光线下调节电位器的阻值使比较器LM393的反向输入端的电位低于同向端的电位这时比较器输出为高随着光线的变暗光敏电阻阻值增大同向端电压低于反相端时比较器输出变为低则申请单片机外部中断单片机控制步进电机将衣服收回35显示电路系统采用12864液晶12864液晶带中文字库的一种具有4位8位并行2线或3线串行多种接口方式内部含有国标一级二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块其显示分辨率为128×64 内置8192个1616点汉字和128个168点ASCII 字符集利用该模块灵活的接口方式和简单方便的操作指令可构成全中文人机交互图形界面可以显示8×4行16×16点阵的汉字也可完成图形显示低电压低功耗是其又一显著特点由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块驱动器MS-2H090M 的限流电阻和光耦器件组成且电路形式完全相同见下图图35图35 驱动器内部接线图外部接成共阳方式把CP和DIR接在一起接外部系统的VCC脉冲信号和方向信号分别从负端CP-DIR-接入或共阴方式把CP-和DIR-接在一起接外部系统的GND脉冲信号和方向信号分别从正端CPDIR接入二路信号默认幅值为5V如果不是5V则须外部另加限流电阻R保证给驱动器内部光耦提供8-15mA的驱动电流本系统采用共阳方式由于是用了专用驱动器大大的减轻了软件的负担程序只需输出驱动脉冲和方向控制信号步进脉冲信号CP用于控制步进电机的位置和速度也就是说驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角细分时为一个细分步距角 CP脉冲的频率改变则同时使步进电机的转速改变控制CP脉冲的个数则可以使步进电机精确定位[3]这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的本驱动器的CP 信号为低电平有效要求CP信号的驱动电流为8-15mA对CP的脉冲宽度也有一定的要求一般不小于5μS参见图36图36 CP的脉冲宽度及高低电平方式方向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向此端为高电平时电机一个转向此端为低电平时电机为另一个转向电机换向必须在电机停止后再进行并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的第一个CP脉冲前发出见图37图37 换向信号DIR起作用的时刻由于单片机IO口的输出电流较小不足以驱动步进电机驱动器所以我们在单片机IO口与驱动器之间加了74LS07作为驱动以增大单片机的带负载能力电路如图38所示图38 7407驱动电路第4章控制系统软件设计系统软件设计采用结构化和模块化设计方法便于程序的编译调试根据设计的要求和前面描述的控制系统硬件设计的具体情况单片机控制系统软件程序流程图如下图4-1所示图41 程序流程图41系统初始化软件系统设置包括声明库函数如include include 等[4] 温度检测采用DS18B20温度传感器由于DS18B20的单总线方式数据的读写都占用同一根线所以每一种操作都必须严格按照时序进行图为测温子系统流程图单片机首先发送复位脉冲该脉冲使信号线上所有的DS18B20芯片都被复位接着发送ROM操作命令使得序列号编码匹配的DS18B20被激活被激活后的DS18B20进入接收内存访问命令状态内存访问命令完成温度转换读取等工作单总线在ROM命令发送之前存储命令和控bit FLAGextern unsigned char LcdBuf[5]INT8U LcdBuf[5] 0unsigned char tempL 0设全局变量unsigned char tempH 1float temperature 温度值保存在temperature里42液晶显示液晶12864采用串行显示模式显示系统软件设置包括void send INT8U dat 数据传输程序和void Lcd_Show void 数据显示程序[10]其具体程序略43温度检测温度检测采用DS18B20温度传感器由于DS18B20的单总线方式数据的读写都占用同一根线所以每一种操作都必须严格按照时序进行图为测温子系统流程图单片机首先发送复位脉冲该脉冲使信号线上的DS18B20芯片都被复位接着发送ROM操作命令使得序列号编码匹配的DS18B20被激活被激活后的DS18B20进入接收内存访问命令状态内存访问命令完成温度转换读取等工作单总线在ROM命令发送之前存储命令和控制命令不起作用 DS18B20对温度的测试这里读取温度值查询下表5-4得到当前湿度值5-4表44060℃湿度阻抗特性数据15℃25℃35℃40℃55℃30 5188 3528 2567 2413 137 35 3476 2618 143 137 8033 40 2772 1666 936 8153 50 45 1728 928 603 527 3338 50 963 606 4143 343 2205 55 708 404 2912 2425 1588 60 562 295 208 1771 1217 65 433 211 1561 1312 902 70 313 15441151 1009 658 75 226 1184 874 735 464 80 158 913 652 546 338 85 1048 655 452 389 248 90 7 46 315 265 180745电机控制程序步进电机采用脉冲控制在系统设置中单片机仅需控制硬环驱动器的CP脉冲输出DR置位端P方向控制三个端口即可驱动器能够设置环分[16]系统流程图略第5章机械系统的设计51传动螺纹的选择我选用市场上晾衣架最长用到的伸缩式晾衣架的基础上加以改装的使用布进电机为动力源然后用一对齿轮将动力传动到一个螺旋传动机构上带动衣架作伸缩运动螺旋传动具有结构简单加工方便易于加工传动平稳螺纹有侧间隙翻转是有空行程由于我们的机构工作传动误差要求不是很高能够满足系统工作要求com选择图51 整体机构受力分析整体机构受力分析如上图51[13]设定每个晾衣杆上最多可以悬挂6件衣服每件衣服最重为2kg可得总受力为36kg98 com螺栓和支撑螺栓为受力最大的螺栓故只需检验它们设定与Y轴的最大张角为由受力分析可得螺栓工作力为剪切力且最大剪切力为1764N为螺栓所受的最大剪切力为螺栓所受切应力[]为螺栓材料的需用切应力可得所选用的GB27-1988六角头铰制空螺栓-A级的材料和直径可远远保证工作要求[7]52螺纹传动的选择由上面的受力分析可得传动螺母的受力状态[15]其受力分析如图52所示图52 传动螺母受力分析这样就可以得到传动螺纹杆的受力情况滑动螺旋工作时主要承载转矩距和走向拉力压力的作用同时螺杆和螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑动其失效形式主要是螺纹磨损com计算由图可得螺纹传动的螺杆-螺母的材料选择为淬火钢-青铜[8]作用于螺杆的轴向力为 15259N螺纹的承压面积为A螺纹中径为 9 螺纹工作高度为螺纹螺距为螺母高度为螺纹工作圈数为则螺纹工作面上的耐磨性条件为令可得对于梯形螺纹则为材料的许用压强取25可见远远满足要求com强度计算螺杆工作时承受轴向压力或拉力F和扭矩T的作用螺杆危险截面上既有压缩或拉伸应力又有切应力[14]因此校核螺杆强度时应根据第四强度理论或求出危险截面的计算应力[9]其强度条件为或式中F 螺杆所受的轴向拉力或压力A 螺杆螺纹段的危险截面面积螺杆螺纹段的抗扭截面系数传递的转动螺杆螺纹小径螺杆材料的许用应力可以看出完全满足工作要求com纹强度计算螺纹牙多发生剪切和挤压破坏螺母的材料的强度低于螺杆故只需校核螺母螺纹牙的强度如果将一圈螺纹沿螺母的螺纹大径单位为处展开则可看到做宽度为的悬梁臂假设螺母没权螺纹所承受的平均压力为并作为在以螺纹中径单位为为直径的圆周上螺纹牙危险截面的剪切强度条件为[2]图43螺纹传动螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为式中螺纹牙根部的厚度单位为对于梯形螺纹 065弯曲力臂单位为螺母材料的许用切应力单位为螺杆所受扭矩螺母材料的需用弯曲应力单位为可见满足工作要求第6章系统整体调试按电路图接好电路之后就在Keil uVision2上编写程序并用JDT-8052XP仿真器作整机调试JDT-8052XP仿真器兼容Keil公司的Keil C51开发环境用户能够直接在功能强大的集成环境下进行软件设计和硬件调试使用专业仿真芯片仿真标准MCS-51内核的单片机更加真实性能更加可靠稳定绝对没有占用标准MCS-51内核单片机的任何用户资源实时监测和显示目标MCU的TXD引脚输出支持Keil的printf函数打印输出具备了实时跟踪内部变量变化和程序输出的功能内部具有完善的保护电路避免了使用中由于误操作所引起的仿真器损毁仿真器自带64K程序存储器和64K硬件断点存储器等很多强大功能运用JDT-8052XP仿真器在Keil uVision2 上编和调试写程序很方便快捷现将各个小的子程序调好并检查是否有错误和警告的出现之后在将他们组合在一起根据程序的流程图撰写主程序并作整机调试检查IO口是否有重定义和发生冲突等容易出现问题结论此系统基本能够很好的完成设计要求达到设计目的能够在天气变化时体统能根据情况自己完成收衣服的工作能够避免衣服被淋湿此系统有以下几个特点1机械系统结构紧凑设计合理能够适应大部分开放和半开放阳台2系统的操作简单明了3系统的制作成本低能够被广大群众所接受随着课题的不断深入我越来越来发现智能晾衣架的功能还不是很完善还有很多地方需要改进和补充这样就能使它的功能更加强大更加完美电路部分可以给AT89C51加上无线通信模块能够进行远程遥控就更加方便使用使用者还可以把AT89C51换成具有语音功能的系统只要对系统进行语音设定之后只要系统接受到同样的语音信号就可操作系统的各种功能加上语音系统更能体现代化产品更加人性化的一面对于系统的机械系统也有很多需要改进的地方可以增加机械系统多样性来适应不同建筑形式的阳台在这里我只设计了一种大众比较能使用的机械机构对于全封闭阳台可将晾衣架放置在棚的顶端进行伸缩把步进电机和阳台的拉窗相连当空气中的相对湿度超过设定值或光线变暗到一定值时系统控制步进电机从而控制阳台窗子的闭合从而达到保护衣服的目的在收集资料的过程中发现智能晾衣架系统现在市场上还属于空白的阶段在中国比较著名的晾衣架厂商深圳市欧兰特智能控制系统有限公司还没有成型的智能晾衣架比较先机的就是遥控晾衣架了但是价格比较昂贵大约在160000左右所以此系统应具有很好的市场前景。
基于单片机的智能晾衣系统设计
2020年19期设计创新科技创新与应用Technology Innovation and Application基于单片机的智能晾衣系统设计邓宇（秦皇岛技师学院，河北秦皇岛066000）引言结合当前晾衣架系统研究发展现状，本文设计了一种智能晾衣架系统，可以帮助人们摆脱传统繁琐的晾衣程序。
本次系统操作十分简单，占地空间比较小，具有美观实用的特点。
本文主要从硬件设计和软件设计两个方面进行论述，为当前单片机的智能晾衣系统进一步优化设计提供借鉴。
1硬件设计本次单片机采用了光照和雨滴两个天气信号，然后控制旋转衣架。
整个系统主要利用步进电机进行控制，在天晴的时候，可以把衣架转出，进行衣物的晾晒；在没有阳光或者在下雨的时候，就会自动转到室内，防止衣服被淋湿。
1.1整体设计图本次整体设计图如图1所示，整个系统在实际运行过程中，利用光照传感器和雨滴传感器感知周围的天气，然后进行判断，做出相应的动作。
设计人员设计出光照和雨滴的阈值；单片机就会控制衣架来回转动，从而实现智能控制。
图1总体设计图1.2光照传感器为了对外部光照强度进行精准的测量，保证系统正常运行，在本次设计中，主要利用光敏电阻测量光照，随着光照逐渐的增强，光敏电阻逐渐减小，通过实际测量，可以分析光敏电阻的电子变化范围。
在光照强度增强到很大的情况下，光敏电阻就会达到几百兆欧姆。
在黑暗的条件下，光敏电阻的阻值为几兆欧姆。
为了实现最为理想控制效果，保证光敏电阻阻值与实际操作向匹配，本次设计采用10K 电阻，作为上拉电阻。
根据实际实验的情况，在光照强度达到很大的条件下，光敏电阻值就非常小；在光照强度达到很小的条件下，就是周围非常黑暗，光敏电阻值就会很大。
电压信号输出以后，通过电容滤波，就会保证信号波形更加平滑，提升了单片机信号处理的速度，避免由于光照强度不稳定导致系统出现误判的问题，如图2所示。
图2光照测量电流示意图1.3雨滴传感器设计这种传感器又被称为雨滴检测传感器，主要是为了是否下雨、对雨滴冲击量、静电电容量以及光亮变的进行精确的检测，为系统做出下一步的动作提供帮助。
基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩
基于单片机的智能晾衣架系统设计答辩在当今科技迅速发展的时代，智能家居产品越来越受到人们的关注和青睐。
智能晾衣架作为其中的一员，以其便捷、高效、智能化的特点，为人们的生活带来了极大的便利。
本次设计的基于单片机的智能晾衣架系统，旨在实现晾衣架的自动化控制，提高晾衣架的使用效率和舒适度。
一、系统总体设计方案本智能晾衣架系统主要由传感器模块、控制模块、驱动模块和通信模块等部分组成。
传感器模块负责采集环境信息，如温度、湿度、光照强度等；控制模块采用单片机作为核心，对传感器采集到的数据进行处理和分析，并根据预设的算法和逻辑控制驱动模块的工作；驱动模块用于控制晾衣架的升降和伸展收缩；通信模块则实现系统与用户手机等终端设备的远程通信，使用户可以随时随地对晾衣架进行监控和操作。
二、硬件设计（一）传感器选择在温度和湿度传感器方面，选用了 DHT11 数字温湿度传感器，它具有体积小、功耗低、精度高等优点，能够准确地测量环境的温度和湿度。
对于光照强度传感器，采用了 BH1750FVI 数字光照传感器，其测量范围广、稳定性好，可以有效地检测环境的光照强度。
（二）单片机选型选用了 STC89C52 单片机作为系统的控制核心。
该单片机具有丰富的片上资源、较高的运行速度和稳定性，能够满足本系统的控制需求。
（三）驱动电路设计驱动模块采用了步进电机和电机驱动芯片 L298N 来实现晾衣架的升降和伸展收缩。
L298N 具有驱动能力强、稳定性好等特点，能够有效地控制步进电机的正反转和转速。
三、软件设计（一）主程序流程系统上电后，首先进行初始化操作，包括单片机内部资源的初始化、传感器的初始化等。
然后，系统进入循环，不断采集传感器数据，并进行处理和分析。
根据处理结果，控制驱动模块的工作，实现晾衣架的自动化控制。
（二）传感器数据采集与处理程序通过单片机的 I/O 口与传感器进行通信，读取传感器的数据。
对采集到的数据进行滤波、校准等处理，以提高数据的准确性和可靠性。
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04
06
成员分工
分工
XX负责大部分软件判 断控制程序的撰写 XX负责大部分硬件的 连接与测试 XX负责报告的撰写 与修改及少量硬件连 接与测试 XX负责PPT制作及少 量软件的撰写 参考文献:
[1]潘清明,丁左武,蒋伟,郑孙伟.防雨、防暴 晒、夜晚能自动收缩的智能晾衣架设计[J]. 机电产品开发与创新,2007,06:79-81. [2]吕广红,黄崇林,陈晓铭.基于AT89C52的智 能晾衣架的设计[J].自动化与仪器仪 表,2013,02:71-73. [3]刘秋呈,顾凯燕,刘辉.感光智能晾衣架的 设计[J].科学咨询(科技·管理),2013,05:67.
目的：构建一个型号为STC89C52的单片机系统，作为系统的主控模块 完成上述要求
02
总体方案设计
设计思路及框图
光照传感器 继电器
单
用按键模拟的限 位开关
片 机
5v步进电机
衣
液晶屏
温湿度传感器
架
思路：通过光照传感器和温湿度传感器感知外界光照与温湿度情况，对采集到 数据进行分析并显示在液晶屏上，最后通过继电器控制电机的正转与反转来模 拟收衣与晾衣，并通过限位开关停止衣架的移动。
实验环境搭建与结果分析
用手捂住温湿度传感 器使其湿度大于设定 阈值70，此时电机反 转收回衣架，若此时 按下k2，电机立刻停 止转动。
无论何时按下按键k3，电 机总会反转
结 论 与 展 望
结论：本实验实现了基于单片机的智能晾衣系统，通过实验调试，当外部 天晴，且无雨时，衣架转出，晾晒衣物；当下雨或者没有阳光时，转回室 内。完成要求中智能晾衣杆全自动工作，实现无人操控。使用光敏传感器： 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；使用 温湿度传感器：下雨的时候将衣服收回来。5V电源供给单片机、电机。
基于单片机的
导
张 赵
智能晾衣系统
电 子 信 息 工 程 系红师来自伟 博答 辩 人
目录
选题目的及要求
总体方案设计 测试结果分析 过程中的问题及解决 实验心得 成员分工
01
选题目的及要求
基于单片机的智能晾衣系统
1 2
要 求
request
环境光强及温湿度的采集与显示
模拟智能收衣及手动晾衣
3
程序的编写及采集的数据分析与处理
THANKS
05
实验心得
实验心得
01
Keil4软件的学习 对本学期嵌入式实验使用的该 软件有了更深刻的认识与更熟 练的操作
问题的解决
02
遇到问题不可避免，关键是保持 怎样的心态，团队协作往往会使 问题的解决事半功倍
03
心得
最优的方案 解决的方案有很多的时候要 选择最优，最简便和方便的， 以节约成本和提高效率 保持学习 科技发展日新月异，唯有 不断地学习开拓自己的眼 界，才能立足于此
展望：本实验还需要结合市场，对衣架的结构和工作方式。如衣架进行上 下伸缩还是前后伸缩等，进一步完善系统，使之满足市场需求，更好的为 客户服务。
04
过程中问题与解决
过程中问题及解决
问题
学无止境
程序 硬件
问题发现 AD转换通道选择1使光强无法正常显示 PPT
选用某些引脚导致程序无法下载 继电器的高电平端口选择不当无法工作 写if语句时开始逻辑不严谨 制作PPT时效率低
系统初始化
外设初始化
N
设定光照与 温湿度阈值 按键值是 否为0
停止转动
03
测试结果分析
实 物 照 片
实验环境搭建与结果分析
用手遮住光强传感器使 外界光照低于设定阈值 30cd，此时电机反转收 回衣架,若此时按下按 键K2，电机立刻停止转 动。
用手电筒模拟强光使 光强大于设定阈值 100cd，此时电机正 转晾出衣架，若此时 按下按键K1，电机立 刻停止转动。
硬件电路实现
硬件
传感器
光敏电阻与AD转换 模块 电阻式感湿 原件与NTC测温元 件
按键模拟的限位开关
继电器与电机
液晶屏
线圈电磁效应 停止衣架的移动 衔铁吸合，释放实现 电路的导通，切断 显示已采集的数据
软件算法实现 开始 判断是否 有雨 N 判断是否 有阳光 Y 读取按键值 衣服转出室外 Y 衣服转进室内 Y 按键值是 否为0 N N Y