基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄧宇

摘 ?要：在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的推動(dòng)下，智能家居得到了廣泛應(yīng)用，文章根據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，針對(duì)基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)論述，具體包括兩個(gè)方面的內(nèi)容——硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);智能晾衣系統(tǒng);硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2020）19-0088-02

Abstract： With the promotion of network information technology， smart home has been widely used. According to the current market trends， this paper discusses the design of intelligent clothes drying system based on single chip microcomputer， including two aspects： hardware design and software design.

Keywords： single chip microcomputer; intelligent clothes drying system; hardware design; software design

引言

結(jié)合當(dāng)前晾衣架系統(tǒng)研究發(fā)展現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種智能晾衣架系統(tǒng)，可以幫助人們擺脫傳統(tǒng)繁瑣的晾衣程序。本次系統(tǒng)操作十分簡(jiǎn)單，占地空間比較小，具有美觀實(shí)用的特點(diǎn)。本文主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行論述，為當(dāng)前單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 硬件設(shè)計(jì)

本次單片機(jī)采用了光照和雨滴兩個(gè)天氣信號(hào)，然后控制旋轉(zhuǎn)衣架。整個(gè)系統(tǒng)主要利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，在天晴的時(shí)候，可以把衣架轉(zhuǎn)出，進(jìn)行衣物的晾曬;在沒(méi)有陽(yáng)光或者在下雨的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到室內(nèi)，防止衣服被淋濕。

1.1 整體設(shè)計(jì)圖

本次整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，利用光照傳感器和雨滴傳感器感知周?chē)奶鞖?，然后進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)的動(dòng)作。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出光照和雨滴的閾值;單片機(jī)就會(huì)控制衣架來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能控制。

1.2 光照傳感器

為了對(duì)外部光照強(qiáng)度進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，主要利用光敏電阻測(cè)量光照，隨著光照逐漸的增強(qiáng)，光敏電阻逐漸減小，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，可以分析光敏電阻的電子變化范圍。在光照強(qiáng)度增強(qiáng)到很大的情況下，光敏電阻就會(huì)達(dá)到幾百兆歐姆。在黑暗的條件下，光敏電阻的阻值為幾兆歐姆。為了實(shí)現(xiàn)最為理想控制效果，保證光敏電阻阻值與實(shí)際操作向匹配，本次設(shè)計(jì)采用10K電阻，作為上拉電阻。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的情況，在光照強(qiáng)度達(dá)到很大的條件下，光敏電阻值就非常小;在光照強(qiáng)度達(dá)到很小的條件下，就是周?chē)浅：诎担饷綦娮柚稻蜁?huì)很大。電壓信號(hào)輸出以后，通過(guò)電容濾波，就會(huì)保證信號(hào)波形更加平滑，提升了單片機(jī)信號(hào)處理的速度，避免由于光照強(qiáng)度不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤判的問(wèn)題，如圖2所示。

1.3 雨滴傳感器設(shè)計(jì)

這種傳感器又被稱為雨滴檢測(cè)傳感器，主要是為了是否下雨、對(duì)雨滴沖擊量、靜電電容量以及光亮變的進(jìn)行精確的檢測(cè)，為系統(tǒng)做出下一步的動(dòng)作提供幫助。在本次系統(tǒng)使用的雨滴傳感器中，一旦有雨滴滴落在檢測(cè)極板上，相應(yīng)的電阻就會(huì)出現(xiàn)新的變化，傳感器就會(huì)對(duì)輸出的電壓進(jìn)行檢測(cè)。

在雨滴傳感器運(yùn)行過(guò)程中，主要利用上拉10K電阻的方式，把電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)控。通過(guò)LED的指示說(shuō)明，可以明確整個(gè)電路運(yùn)行的基本情況。如圖3所示。

1.4 衣架位置傳感器

本次設(shè)計(jì)主要采用紅外傳感器對(duì)衣架的具體位置進(jìn)行判斷，在衣架運(yùn)動(dòng)到紅外傳感器范圍內(nèi)，紅外傳感器就會(huì)發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)就會(huì)讀取衣架的具體位置。

為了保證信號(hào)能夠正常運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)在室內(nèi)和室外分別安裝一個(gè)紅外檢測(cè)傳感器。在衣架位于室內(nèi)時(shí)，為了保證位置在相應(yīng)的范圍內(nèi)，紅外傳感器就對(duì)衣架的位置進(jìn)行判斷，防止出現(xiàn)移動(dòng)過(guò)度或者不到位的問(wèn)題。

1.5 STM32控制器

STM32控制器性能很強(qiáng)，可以投入少量的成本，屬于一種低耗能的單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要采用STM32F103C8T6單片機(jī)。在STM32系列單片機(jī)運(yùn)用過(guò)程中，主要采用集成AD模塊，通過(guò)控制器運(yùn)行，就能實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)化和音頻數(shù)據(jù)編碼，對(duì)紅外發(fā)射電路進(jìn)行控制。

1.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)主要采用ULN2003驅(qū)動(dòng)，具有耐高壓和高性能的特點(diǎn)，主要由NPN復(fù)合晶體管組成，芯片運(yùn)行原理圖如圖4所示。

在單片機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主要利用IO控制輸出驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行信號(hào)輸入。ULN2003輸出的信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)讲竭M(jìn)電機(jī)的引腳上。如圖5所示。

1.7 液晶顯示屏

本次設(shè)計(jì)主要采用Nokia5110液晶，具有很高的性價(jià)比，接口簡(jiǎn)單便利，效果好，穩(wěn)定性比較強(qiáng)。

2 軟件設(shè)計(jì)

本次軟件設(shè)計(jì)主要采用C語(yǔ)言。根據(jù)只能晾衣系統(tǒng)的要求，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)采集光照和雨滴兩個(gè)天氣信號(hào)，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)衣架的旋轉(zhuǎn)，在天氣晴朗沒(méi)有下雨的條件下，系統(tǒng)就會(huì)把衣架轉(zhuǎn)到室外，進(jìn)行衣物的晾曬;在沒(méi)有陽(yáng)光、下雨的條件或者天黑的條件下，系統(tǒng)就會(huì)把衣架轉(zhuǎn)到室內(nèi)，防止被雨淋濕。

2.1 系統(tǒng)整體分析

如遇下雨天氣，系統(tǒng)動(dòng)作會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移到室內(nèi)的操作;如遇未下雨陽(yáng)光充足的天氣，則將進(jìn)行轉(zhuǎn)移到室外的操作。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)天氣情況，做出相應(yīng)的動(dòng)作，為人們提供便利，減少了人為的操作。

2.2 軟件算法

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)初始化、外設(shè)初始化計(jì)算以后，設(shè)計(jì)人員主要根據(jù)陽(yáng)光與雨滴設(shè)計(jì)相應(yīng)的閾值，從而進(jìn)一步分析光照強(qiáng)度和雨滴強(qiáng)度，讓系統(tǒng)做出判斷，是否出去晾曬。在陽(yáng)光強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到要求、下雨以及天黑等條件下，系統(tǒng)不會(huì)晾曬衣物。但是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況，需要進(jìn)行定期的檢查，防止被東西卡住。算法流程圖如圖6所示。

2.3 軟件容錯(cuò)處理

本次系統(tǒng)主要采用時(shí)間累計(jì)的方式，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判斷，根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，衣架從而完成整個(gè)移動(dòng)動(dòng)作的時(shí)間大概為20秒，一旦累計(jì)時(shí)間超出了設(shè)計(jì)的時(shí)間（30秒），證明衣架位置傳感器沒(méi)有檢測(cè)到衣架的位置，說(shuō)明出現(xiàn)了故障，需要維護(hù)人員及時(shí)調(diào)整。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)單片機(jī)智能晾衣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)外面的天氣情況做出轉(zhuǎn)移到室內(nèi)和轉(zhuǎn)移到室外的動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作，滿足智能家居的設(shè)計(jì)要求。為了滿足實(shí)際使用的要求，在未來(lái)設(shè)計(jì)中，還可以增加前后伸縮和上下伸縮的設(shè)計(jì)，不斷完善現(xiàn)有系統(tǒng)性能，為客戶提供更加便利的服務(wù)。

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