基于單片機的戶外智能晾衣架的設(shè)計

裴婭男

（山西大學商務(wù)學院信息學院，太原030031）

基于單片機的戶外智能晾衣架的設(shè)計

裴婭男

（山西大學商務(wù)學院信息學院，太原030031）

利用現(xiàn)有普通晾衣架的物理基礎(chǔ)上加入單片機等相關(guān)硬件，實現(xiàn)一個具有自動功能的智能晾衣架，通過紅外遙控操作實現(xiàn)晾衣架的自動模式和手動模式。該系統(tǒng)以單片機STC89C52作為主控制芯片，結(jié)合輔助電路光敏電阻，信號轉(zhuǎn)換電路，雨滴檢測電路，步進電機，LED指示燈電路和紅外遙控信號接收電路進行硬件設(shè)計，以C語言為編程語言在編程軟件上進行的程序設(shè)計，實現(xiàn)軟硬結(jié)合的智能化晾衣架。該系統(tǒng)的功能概括為：自動模式下可自動根據(jù)光照的強度和雨滴檢測狀態(tài)進行智能控制收衣服操作，通過紅外遙控器控制智能晾衣架的自動模式和手動模式。

單片機；紅外遙控；雨滴檢測

0 引言

在電子信息發(fā)展的時代下，人們的生活水平不斷提高，這些的提高都主要表現(xiàn)在“衣食住行”四個方面，“衣”的首位可見其重要性，成千上萬價格的高品質(zhì)衣服，隨處可見的干洗店，都是對“衣”的愛護和重視，但不是每個熱愛穿著重視衣冠的人們每次把衣服拿去專賣店清洗的，大部分都是自己清洗然后掛在陽臺等地方，等衣服晾干后進行收納。但天氣的多變，出門在外的上班族往往無法第一時間趕回家收拾而導致衣服淋濕，或者在外出差無法天黑后收拾衣服導致衣服在外連掛好多天。這些外在因素經(jīng)常會使得心愛的衣服受到破損[1]。

當今市場上的晾衣架類型可概括為以下兩種：一種是普通不銹鋼或者塑料拼接而成的的落地式晾衣架，該晾衣架的形狀千奇百怪，常見的有X形狀，筷子排列形狀等，利用轉(zhuǎn)軸螺絲等組合起來就能使用，這使得制造簡單。它的優(yōu)點是制作起來簡單，安全實用，缺點在于死板占用面積；另一種是電動式的晾衣桿，該款式具有多種類型，但大部分都是依靠馬達的轉(zhuǎn)動帶動晾衣桿的上升下降，無法實現(xiàn)衣架的伸出與收回。本文所設(shè)計的新型戶外智能晾衣架主要以STC89C52單片機為核心[2]，由光敏電阻、紅外遙控、信號轉(zhuǎn)換、LED指示燈、雨滴檢測等模塊組成，可以實現(xiàn)一個智能化的光控和紅外遙控遙控的智能晾衣架，以及自動模式和手動模式的變化。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

根據(jù)現(xiàn)有的晾衣架結(jié)合單片機應(yīng)用技術(shù)，本系統(tǒng)要實現(xiàn)自動模式、手動模式以及通過紅外遙控器進行手動模式和自動模式的切換。整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成：系統(tǒng)供電部分，傳感器數(shù)據(jù)采集部分，輸出控制部分，主控芯片處理部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 雨滴采集電路

雨滴采集電路采用的是雨滴采集傳感器和電壓比較傳感器為一體的雨滴傳感器，系統(tǒng)接上電源，模塊上電源指示燈保持常亮表示模塊可正常運行，面板上的水滴變化情況能根據(jù)開關(guān)指示燈進行判斷，如果輸出管DO輸出高電平與此同時開關(guān)指示燈滅了，可以得出此時面板上沒有水滴，如果DO輸出管輸出為低電平與此同時開關(guān)指示燈點亮，可以得出此時面板上有水滴，可直接將輸出管D0與單片機的I/O口進行連接[3]，該傳感的輸出接口接到單片機上，雨滴采集電路如圖2所示：

2.2 紅外模塊電路

本系統(tǒng)采用的紅外接收頭傳感器為HS0038，接收頭的內(nèi)部具有信號調(diào)節(jié)放大和整形等功能，將接收到的信號先進行整形濾波，再將其放大和相應(yīng)的解調(diào)工作后，再以單片機能讀出的TTL電平形式發(fā)送到到單片機的I/O上。紅外線的發(fā)送方采用NEC標準方案集成于一體的編碼和解碼遙控器[4]，每一個按鍵都有對應(yīng)直接的數(shù)據(jù)碼，編碼器會進行分析按鍵那個按鍵按下再作出相應(yīng)的操作控制紅外發(fā)射管進行發(fā)射。紅外接收電路如圖3所示：

圖3 紅外接收電路

2.3 光線采集電路

本系統(tǒng)的光照采集的電路應(yīng)用中光敏電阻與一個10K的現(xiàn)在串聯(lián)，與電壓比較器LM393的正輸入端口連接，滑動變阻器連接到電壓比較器的負輸入端口，當光照強度變化后光敏電阻的阻值隨著變化，則電壓比較器兩端的電壓就會發(fā)生變化，當電壓大于滑動變阻器的電壓時單片機的P1.1口就會輸出，LED就會亮。光線采集電路如圖4所示：

圖4 光線采集電路

2.4 電機驅(qū)動電路

本系統(tǒng)選擇的是28BYJ-48步進電機[5]，所用電機為一個脈沖轉(zhuǎn)動3.75度，設(shè)定一次轉(zhuǎn)動30度，在控制時輸入相應(yīng)倍數(shù)的固定脈沖數(shù)量，同時通過改變輸出端給它的脈沖的頻率來控制步進電機的轉(zhuǎn)動速度。

ULN2003A是為了讓系統(tǒng)采用的電機能正常工作的驅(qū)動芯片，它由7組晶體管陣列結(jié)合電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)組合來構(gòu)成，工作時帶動能力強，能廣泛應(yīng)用，它在驅(qū)動本系統(tǒng)用到的器件外的同時還能讓直流電機等器件工作。它能夠承受高壓強、大電流。它是達林頓陣列的驅(qū)動器，達林頓晶體管放大倍數(shù)比普通三極管高。當步進電機運行時，因為步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)繁瑣，并且和它相連通的器件較多，因此較大的扭力才能帶動其工作，這就需要用到內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的電阻網(wǎng)絡(luò)配合，達到最理想的驅(qū)動狀態(tài)。步進電機驅(qū)動模塊和驅(qū)動芯片以及和單片機接連的示意圖如圖5所示。

圖5 步進電機電路圖

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的主要流程圖工作原理為，在系統(tǒng)上電后，必須先把系統(tǒng)中每個模塊初始化，才能使得整個系統(tǒng)里的器件正常運行，包括步進電機的驅(qū)動，雨滴傳感器采集的初始化，紅外遙控信號采集的初始化等等，在初始化過后進入循環(huán)檢測中，再循環(huán)檢測時時刻刻檢測判斷紅外的信號指示，并將信號的模式進行分析為自動模式或者手動模式，然后根據(jù)不同模式下進行相應(yīng)的檢測。在運行過程中，遙控器發(fā)出的命令為高級中斷，以此來確保用戶想要在白天且不下雨的狀況下可以收回衣物，特別的在有光照時水滴的檢測中斷優(yōu)先級別高于光照檢測中斷，以此來確保在白天遇到下雨的情況時，晾衣桿能收回。其中電機驅(qū)動部分電機使用單雙八拍工作方式：有四個相位A、B、C、D，通過移位轉(zhuǎn)換、定義數(shù)組、每組分別賦值、最后取值的辦法來賦值，來實現(xiàn)一步步的轉(zhuǎn)動。主程序流程圖如圖6所示：

圖6 主程序流程圖

4 結(jié)語

本文對基于STC89C52單片機的戶外智能晾衣架核心技術(shù)、整體框架以及詳細內(nèi)容給出了全面的分析，并給出了戶外晾衣架的硬件電路設(shè)計以及軟件設(shè)計過程，并且經(jīng)過實驗進行驗證本次設(shè)計基本能夠完成所需功能。與傳統(tǒng)相比，本文設(shè)計的戶外智能晾衣架具有如下優(yōu)點：當處于白天并且沒有下雨的狀態(tài)下晾衣桿會自動旋轉(zhuǎn)到晾衣服狀態(tài)，當夜晚或者檢測到下雨時進行自動收衣服動作；利用紅外遙控器上的按鈕進行控制衣服的收衣和晾衣服操作，一個收衣服按鈕一個晾衣服按鈕；通過紅外遙控器進行手動模式和自動模式的切換。此款智能晾衣架結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、維護方便。

[1]車喜龍.基于ZigBee的智能家居系統(tǒng)終端控制器的研究與設(shè)計[D].西安：長安大學,2013.

[2]郭天祥.新概念51單片機C語言教程—入門、提高、開發(fā)、拓展[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009,35-55

[3]許曉東.家居智能化生活真精彩[N].消費日報,2014,02-26(B01).

[4]鄭曉霞.基于AT89S51單片機實驗開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學,2009.

[5]周連佺，臧曙光，莫亦飛，屈曉龍.基于單片機和傳感器的智能晾衣架系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)信息化.2013

裴婭男（1985-），女，山西太原人，教師，碩士，研究方向為信號與信息處理

Design and Implementation of Outdoor Intelligent Drying Hanger Based on 51 Single Chip Microcomputer

PEI Ya-nan
（Information School,Business College of Shanxi University,Taiyuan 030031）

Uses the existing ordinary drying racks to join the single-chip and other related hardware,achieves an automatic function of the automatic drying rack,through the infrared remote controlracks ofautomatic mode and manualmode.The system uses the STC89C52 single chip as the main controlchip,combines the auxiliary circuitphotosensitive resistor,the signalconversion circuit,the raindrop detection circuit,the stepping motor,the LED indicator circuit and the infrared remote control signal receiving circuit to carry on the hardware design to the C language as the parentprogramming language.The function ofthe system is summarized as follows：automatic mode can automatically controlthe clothes according to the intensity oflightand the detection state ofthe raindrops.The automatic mode and manualmode ofthe intelligentdrying rack are controlled by the infrared remote control.

Single-Chip;Infrared Remote Control;Rain Drop Detection

1007-1423（2017）30-0037-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.30.008

2017-09-07

2017-10-20