基于AT89C52的智能晾衣架的设计_吕广红

《自动化与仪器仪表》2013年第2期（总第166期）

基于AT89C52的智能晾衣架的设计

吕广红，黄崇林，陈晓铭

（广东石油化工学院广东茂名，525000）

摘

要:文中对家庭家居用品晾衣架机械和电路部分进行了设计，通过选用传感器、单片机和电动机等元器件，对控

制系统硬件和软件的设计，实现对晾衣架的外伸、内缩和上升、下降各种运动。晾衣架的设计实现了装置的机电一体化，智能化程度高，制造成本低，实用性较强，适合当代家庭家居生活的需求。

关键词:晾衣架；单片机；控制系统；硬件；软件

Abstract

Abstract:In this paper,the mechanical and circuit parts of family household goods clother racks is designed,through the se-lection of sensor,single chip and motor components,the control system hardware and software is designed,achieved on the clothes hanger,shrink and rise,extended down all kinds of sports.Clothes racks design realizes the device mechanical and elec-trical integration,high intelligence,low manufacturing cost,strong practicability,suitable for the modern family home furnish-ing life demands.

words Key words:Clother racks ；Singlechip ；Control system ；Hardware ；Software 中图分类号:TP368.1

文献标识码:B

文章编号:1001-9227(2013)-02-0071-03

收稿日期:2012-12-5

作者简介：吕广红（1977-），女，广东电白人，硕士，实验师，现于广东石油化工学院自动化系从事实验教学与实验室管理工作。

0引言

随着社会的不断发展和进步，智能化的产品不断涌入人们的家居生活，给人们的生活起居带来便利。晾衣架为家庭家居必须的生活用品，目前居民家庭所用的晾衣工具大多数是固定的、手动的升降装置，不能实现随外界环境变化而进行自动收缩的功能，这给城市上班一族的生活带来很大的影响。文中对智能晾衣架的机械架构和控制系统进行设计研究，通过控制电路使晾衣架能够根据不同的天气情况进行动作,以达到智能晾衣的目的。

1智能晾衣架设计

1.1智能晾衣架的基本结构

智能晾衣架的主要组成元件有涡轮蜗杆减速电动机、离合器、小车、吊轨、传感器、单片机、滑轮等，传动元件采用钢丝传动。晾衣架的机构如图1所示。

控制装置

晾衣杆

吊轨

图1晾衣架的机构示意图

晾衣杆通过钢丝绕过滑轮挂在小车下方，钢丝的缩放实现

晾衣杆上下运动，小车的前后两端被另外两根钢丝分别固定，前端固定钢丝主要控制小车前进，从而使晾衣杆外伸，后端固定钢丝主要控制小车退回，使小车内缩，衣杆也随之收回。

小车是由两辆小吊轮拼接而成，如图2所示，为的是能在小车中间装个小滑轮，方便与衣杆控制的钢丝能够轻松在小车上相对滑动，如果要另外增加外伸机构，两个吊轮可以在底部增加

固定结构，为外伸机构提供固定的地方，小车前后端固定外伸和内缩钢丝。

图2小车的装配实图

吊轨主要起支撑和导向作用，如图3所示，前端均装有一个定滑轮，主要是改变线筒拉力的方向，转变成小车前进的拉力，

后端设有导线滑轮，

控制钢丝通过定滑轮引至箱体内的线筒上。吊轨的前、后端分别设置行程开关。

图3导轨与滑轮配合图

在衣杆外伸和内缩时，与衣杆固定的钢丝和与小车后端固定的钢丝具有同步关系，与衣杆固定钢丝和与小车前端固定的钢丝具有反向同步关系，小车前端固定的钢丝和与小车后端固

71

定的钢丝也具有反向同步关系，而衣杆的上升下降，只有与衣杆固定钢丝独立运动。

为了实现以上运动关系，钢丝在线筒上绕线时通过正反绕线关系来实现它们之间的正反向同步关系，通过设计一个离合器实现与衣杆固定钢丝的独立运动关系，绕线方式如图4所示。控制衣杆上下和控制小车内缩的钢丝在线筒上都是反绕，控制小车伸出的钢丝则是正绕在线筒上。如果要实现衣杆的上升或下降，电磁铁动作，离合器分离，左端线筒单独动作，实现电机正转时，线筒放线，衣杆由于重力作用而下降；实现电机反转时，线筒收线，衣杆收拉力而上升。如果要实现衣杆上伸出或收回，电磁铁不动作，左右两边线筒一起转动，实现电机反转时，衣杆随小车内缩而收回，实现电机正转时，衣杆随小车伸出而伸出去。这样的机构设计，不但减少电机数量，而且运动同步关系好，只需要用电路控制电机正转、反转及离合器的分离、闭合，便可以在一台电机上同时实现衣杆的外伸、内缩和上升、下降四种

运动。

图4线筒的绕线方式示意图

1.2

晾衣架衣杆速度的计算

由于晾衣杆在工作时速度较慢，因此选用涡轮蜗杆减速自锁电动机，电机的输出扭矩较大，适用于在低速重载的条件下工作，而且具备自锁功能，不需要专门设计锁紧机构以避免电机停转后衣杆由于自重而使电机转动，电机主要参数如下：

型号GW70105-50

额定电压DC24V

空载转速50r/min

负载转速45r/min

输出扭矩80kg.cm

额定电流6.5A

重量1.9kg

线筒没有绕钢丝时，线筒直径为40mm ，由线速度与转速关系可知，晾衣杆出现的最小线速度v min ：

v min =n πd =45×3.14×4060×10

3

=0.0942m /s 随着钢丝的卷入，线筒直径在不断变化，钢丝直径为1mm ，线筒槽宽20mm ，高5mm ，钢丝把线筒槽刚卷满线筒直径达到最大50mm ，此时晾衣杆出现最大的线速度v max ：

v max =n πd =45×3.14×4060×10

3

=0.11775m /s 故衣杆运动的速度的范围为0.0942m/s ～0.11775m/s ，满足家庭机械运动速度的范围。

1.3晾衣架衣杆承受重力的初算

不计滑轮摩擦时,联轴器的效率为η联=0.98（紧固螺钉联轴器），轴承的效率为η轴承=0.98（圆珠滚子轴承），所以

η总=η联η轴承=0.98×0.98=0.96

由于联轴器、轴承都在同一轴上，而转速不变，则线筒的转

矩M 为：

M =M 0η总=80×0.96=76.8kg ∙cm 线筒直径在40mm ～50mm 之间，为了防止钢丝绕后，卷筒直径增大而超出线筒的最大转矩，故取直径最大作为衡量标准，由M =FR 可得晾衣杆可以承受最大重力F 为：

F max =M R max =76.8×9.825×10-1

=301N

故初步估算晾衣杆能挂起重为301N 的衣服。

2控制电路设计

2.1硬件电路设计

智能晾衣架控制电路的核心控制器采用AT89C52，其是目前较为实用的８位单片机，具有编程和外围电路简单、可靠性高且价格便宜等优点。硬件电路的核心元器件有雨水传感器、光照传感器、AT89C52单片机、时控开关等组成。雨水传感器检测雨水信号，用于控制下雨时自动收回衣杆功能。光传感器检测光强信号，用于实现雨停后，光达到一定强度后自动伸出衣杆，时控开关用于夏天防止衣服暴晒而设定定时收回衣服，AT89C52单片机通过接收各种传感器信号，经过程序处理后，驱动电机正反转或停机，从而实现晾衣杆的上升、下降、伸出、收回功能。控制系统的硬件电路如图5

所示。

图5控制系统硬件电路图

晾衣杆可以实现手动和自动功能，系统设置AT89C52单片

机的P1口和P3口分别为信号输入端和外部状态信号输入端，P2口输入信号包括四个手动信号按钮它们分别是P1.0接伸出信号按钮，P1.1接收入信号按钮，P1.2接下降信号按钮，P1.3接上升信号按钮，P1.4和P1.5分别接雨水传感器信号端，P1.6接防暴晒外部时控开关；P3口输入信号主要是行程开关信号，它们分别是P3.0接伸出极限行程开关信号，P3.1接收入极限行程开关信号，P3.2接上升极限形成开关信号；P1.0～P1.3分别控制衣杆的上升、下降、伸出、收回，外置按钮实物如图6所示:

图6外置按钮实物图

通过这5个手动开关对衣杆的移动方向进行操作，设置单片机以接电平触发为工作方式，按下按钮电平会发生相应变化，单片机通过不断扫描各个端口的电平变化情况，执行相应子程序，同时在执行各子程序时，单片机都需要一个状态信号，

来识

基于AT89C52的智能晾衣架的设计吕广红，等

72