自動晾衣架控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

程昭順　盧涵宇

摘要：隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術飛快速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，智能家居生活越來越杯重視。該文基單片機STC15L2K60S2作為主控芯片設計開發(fā)了一種自動晾衣架控制系統(tǒng)?？梢苑奖愕乜刂屏酪录艿闹悄苌?，超重報警、雨天自動收起等功能，操作方面，經(jīng)濟實用。

關鍵詞：晾衣架STC；自動；升降；單片機

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）18-0083-03

隨著物聯(lián)網(wǎng)、無線通信技術的快速發(fā)展，智能家具走人尋常百姓家，自動晾衣架是智能生活中的一個最為普遍使用的生活用品。

本文設計一個自動晾衣架控制系統(tǒng)，選用單片機中的STC 15F2K60S2作為核心元器件。利用壓感技術檢測所掛衣物的重量，利用無源蜂鳴器來提醒所掛衣物超重的情況。并且設計一個光傳感器來控制晾曬的時間，其晾曬時間是依據(jù)陽光照射強度來智能調控的。

1整體系統(tǒng)電路設計

在設計中，利用單片機STC15L2K60S2作為主控芯片來控制晾衣架的智能升降。工作原理為光敏電阻將采集到的可見光轉化為可以被單片機使用的電信號，單片機通過智能運算處理來控制步進電機，實現(xiàn)升降功能、超重自動報警等功能。

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，設計電路系統(tǒng)是以STC15L2K60S2單片機最小系統(tǒng)為核心芯片，當接通電源之后，LED燈管作為指示燈亮，掛上衣物后，智能判斷是否超重，由蜂鳴器是否報警來判斷是否關閉步進電機，若無超重會指示光傳感器判斷光照強度是否合適，進一步通過單片機來控制智能晾衣架是否正常晾曬，正常晾曬情況根據(jù)光照強度，估算并定時，時間滿足則停止晾曬。

2硬件設計

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，硬件部分設計總有8個模塊，分別有電源電路、步進電路、蜂鳴器報警電路、光強檢測電路、壓感電路、溫濕度傳感器電路、按鍵控制電路和顯示電路。

2.1電源電路

設計中采用AMS1117作為這次設計的穩(wěn)壓元器件，采用5V電壓為剩下的LED、按鍵模塊、蜂鳴器、光傳感器模塊供電。

2.2步機電路

本設計使用的是步進電機選用高耐壓、大電流復合晶體管IC-ULN2003，ULN2003作為驅動芯片接人除5引腳之外的其余引腳，用來處理運轉信號并傳給步進電機。而剩下的5引腳是留出來接供應電的。并且選用值為10uF的電容充當阻擋干擾的元器件，一旦光強檢測電路正常工作并對光照采集完畢之后，就可以通過軟件工作達到定時的功能。

在此次設計電路中，通過驅動芯片ULN2003L直接與單片機的P2.3-P2.6相連的辦法來控制其引腳的電壓變化，進而控制其步進電機的正轉和反轉，或者直接控制開關按鈕來控制其步進電機的正轉和反轉。

2.3蜂鳴器報警電路

設計選用無源蜂鳴器作為蜂鳴器報警電路的元器件。而由于在此次設計中是用直流電直接供能的，所以還得依靠單片機輸出脈沖來提供振蕩電路用以驅動蜂鳴器。

2.4光強檢測電路

設計的光強檢測電路中，光傳感元器件GND引腳和ADD引腳接地，VCC引腳接5伏電源供能，SDA引腳接C總線的數(shù)據(jù)信號，SCL引腳接C總線的時鐘信號，當光線照射在元器件上時光傳感器開始工作，通過光敏電阻將光照強度影響的電壓或電流變化轉換成一定的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給系統(tǒng)主機，進而達到系統(tǒng)核心部分對步進機元器件的控制效果。

2.5溫濕度傳感器電路

設計選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用的是單線制串行接口，進而讓體系集成變成簡易快捷，具備非常高的可靠性能與長時間的穩(wěn)定性能，傳感器中包含一個電阻式的感濕元器件與一個NTC的測溫元器件，然后和具備一個高能效8位單片機相連接，所以這個產(chǎn)品本身具有優(yōu)秀的品質、非?？焖俚捻憫?、抗干擾能力強、超高的性價比等優(yōu)點。

2.6壓感電路

壓力感應技術的工作原理就是通過添加一個定值電壓在電阻外膜上，當不受外力時電阻不通電，電壓值為零，不產(chǎn)生定位信息。而當有外力作用在電阻膜上的某一處時，電阻膜有電流通過，定位信息產(chǎn)生。此次設計只需利用壓力改變阻值變換的性質來設計電路。

2.7按鍵控制電路

如圖2所示，利用五個控制開關來控制電路，S1控制開關能夠同時做正轉和反轉電路控制。$2-$5控制開關都是獨立連接的，當其中某一個控制開關按鍵被按下時，在輸入線上通過檢測其電平變化就能夠確認到是哪個開關控制的。

2.8顯示電路

設計選用無源蜂鳴器作為蜂鳴器報警電路的元器件。而由于在此次設計中是用直流電直接供能的，所以還得依靠單片機輸出脈沖來提供振蕩電路用以驅動蜂鳴器?？紤]到兼容性問題，此次設計使用總線式接口電路方式，將數(shù)據(jù)存儲功能介入到顯示器內部，顯示器需要顯示的內容直接從其本身存儲器中提取出來，為后期的功能擴展和系統(tǒng)升級帶來了便利。

3系統(tǒng)仿真和實現(xiàn)

3.1系統(tǒng)軟件測試

本次設計我們選取Keil編譯器來進行簡單仿真，Keil編譯器開發(fā)軟件是一款由Keil公司設計開發(fā)的，Keil編譯器包括以下幾個組成部分。

1）uVision2：該環(huán)境作為一個集成開發(fā)環(huán)境，其中集成了項目管理、源代碼編譯和程序調試燈等功能，適合各類單片機仿真。

21 C51交叉編譯器：編譯C源代碼自動生成能再定位的指定目標文件。

3）A51宏匯編器：匯編MCS-51程序代碼生成能再定位的目標文件。

5）LIB51庫管理器：合并目標文件，自動生成庫文件供連接器使用。

61 OH51目標文件至HEX格式轉換器：從絕對目標文件創(chuàng)建Intel HEX格式的文件。

7）RXT-51實時操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System，RTOS）：將對時間相對敏感等復雜情況進行適當簡化

3.2調試原則

軟件調試部分基于實物使用Keil編譯器來進行簡單仿真，調試中主要針對壓感是否超重部分，定時部分以及按鍵控制部分，檢測是否存在理想問題。

1）明確課題背景和研究目的，尋出可能會出現(xiàn)的問題，提早尋出克服方法。

2）理清設計思路，規(guī)劃軟件設計總體框架。

3）使用Keil編譯器編譯單片機源程序：保證資源分配，功能實現(xiàn)，注意程序語句不能過于繁瑣，為了方便后期尋出問題，源程序中標注段落注釋，明確各功能程序模塊。

4）程序調試，改正，程序優(yōu)化。

如圖3所示，對整體系統(tǒng)測試框圖進行設計，重點對超重檢測、定時檢測、手動控制部分進行單獨設計的和測試。

3.3雨天收衣電路的仿真

如圖4所示，下雨時濕度傳感器得到信號，J1閉合，發(fā)送U2傳送出一個低電平，然后經(jīng)過A1（555集成電路）單穩(wěn)態(tài)來觸發(fā)電路工作，接著傳送出一個高電平，讓繼電機元器件J2獲得電流，進而能夠控制其電機的正轉工作，最終晾衣架得以收回，在仿真圖中，R4的作用是調節(jié)定時的時間，當過了定時的時間T=1.1R4C1后，燈泡熄滅停止工作，系統(tǒng)實現(xiàn)收衣這個動作，電路又恢復正常的狀態(tài)。

4結論

貴州省委、省政府大力發(fā)展大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，智能家居也正快速發(fā)展，智能晾衣架也正走入千家萬戶，本文基于單片機設計了一種晾衣架自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了控制晾衣架的智能升降和超重自動報警等功能，系統(tǒng)可操作性強，經(jīng)濟實用。endprint