基于單片機(jī)的智能衣柜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作

黎國強(qiáng)，吳燕，平劍超，夏貴輝，丁春發(fā)

（南昌師范學(xué)院，江西南昌，330032）

0 引言

在生活中衣服的存儲(chǔ)和管理是一個(gè)不容輕視的問題。例如在炎熱潮濕的夏天，衣服在柜中長時(shí)間放置就會(huì)出現(xiàn)發(fā)霉、起異味的現(xiàn)象，這主要是衣柜內(nèi)濕度過大造成的，這也是傳統(tǒng)衣柜最大的弊端所在。有研究表明在濕度大于60%的較高相對濕度條件下，溫度為影響霉菌生長的主要因素，其生長速度隨著溫度升高而升高[1]。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)設(shè)計(jì)智能衣柜系統(tǒng)，可以將衣柜的溫濕度控制在合適的范圍內(nèi)以減少衣物發(fā)霉的可能。

1 總體設(shè)計(jì)

■1.1 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)通過溫濕度傳感器獲取衣柜中的溫濕度，后將溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TC89C52 單片機(jī)中，由單片機(jī)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以及判斷是否要進(jìn)行除濕消毒，并且在LCD 屏上顯示當(dāng)前溫濕度及當(dāng)前時(shí)間，時(shí)間可由用戶利用按鍵進(jìn)行修改[2]。在除濕消毒的同時(shí)開始報(bào)警，當(dāng)柜門打開時(shí)，將停止報(bào)警、除濕和消毒，并且照明燈被點(diǎn)亮。

■1.2 系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)總體框圖如圖1 所示，由溫濕度檢測模塊檢測溫濕度后傳輸給單片機(jī)，后由單片機(jī)判斷是否需要除濕和降溫。并且在除濕、降溫的同時(shí)進(jìn)行紫外線消毒。同時(shí)蜂鳴器開始報(bào)警提示正在工作。并且在LCD1602 上顯示此時(shí)的溫濕度及當(dāng)前時(shí)間。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 硬件設(shè)計(jì)

■2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2 所示。單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源、晶振電路、復(fù)位電路及單片機(jī)本身所組成，本設(shè)計(jì)的單片機(jī)選擇STC89C52，并且使用5V 電源供電，晶振頻率為11.0592MHz。本系統(tǒng)復(fù)位電路就包括了上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時(shí)電容的負(fù)極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復(fù)位。隨之+5V 電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等0，芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵，當(dāng)復(fù)位按鍵沒有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST 管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

■2.2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊如圖3 所示。本設(shè)計(jì)利用DHT11 作為溫濕度傳感器。要使用DHT11 只需在其DATA 引腳連接一個(gè)單片機(jī)的I/O 口并且加上一個(gè)5k 的上拉電阻即可，本設(shè)計(jì)將其連接到了單片機(jī)的P1.1 引腳上。

圖3 溫濕度檢測模塊

■2.3 按鍵模塊

按鍵模塊如圖4 所示。本設(shè)計(jì)使用的按鍵模塊為獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì)，通過四個(gè)獨(dú)立按鍵和一個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)模式的選擇，時(shí)間的加減以及模擬柜門。其中S2 為設(shè)置按鍵，S3 為選擇按鍵，S4 為時(shí)間加按鍵，S5 為時(shí)間減按鍵，S6 為模擬柜門，當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的P1.0 和P3.0～P3.3 將檢測到低電平從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能。

■2.4 時(shí)鐘模塊

時(shí)鐘模塊如圖5 所示。本設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片使用的是DS1302。DS1302 采用的是三線接口的雙向數(shù)據(jù)通信接口，RST 低電平有效，SCLK 為串行時(shí)鐘，為通信提供時(shí)鐘源，I/O 為數(shù)據(jù)輸入輸出引腳，用于傳輸及接收數(shù)據(jù)[3]。本設(shè)計(jì)中將該模塊的RST、SCLK 和I/O 分別與單片機(jī)的P3.4～P3.6 口相連。

圖5 時(shí)鐘模塊

■2.5 顯示模塊

顯示模塊如圖6 所示。在本設(shè)計(jì)中使用LCD1602 來顯示此時(shí)的時(shí)間、柜門的狀態(tài)以及當(dāng)前的溫濕度，其中DB0 到DB7 引腳與單片機(jī)的P0 口相連，RW、RS 以及E 則分別與P2.5～P2.7 相連。

圖6 顯示模塊

■2.6 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊如圖7 所示。本設(shè)計(jì)利用PNP 型三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，該三極管的基極與單片機(jī)的P2.4 相連，當(dāng)此時(shí)的溫濕度高于預(yù)設(shè)值時(shí)且模擬柜門為關(guān)閉時(shí)，單片機(jī)的P2.4 引腳將輸出低電平，此時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器將進(jìn)行報(bào)警。

圖7 報(bào)警模塊

■2.7 消毒照明除濕模塊

消毒照明模塊如圖8 所示、除濕模塊如圖9 所示。當(dāng)溫度為25℃～30℃，水分活性為0.7～1AW 時(shí)是絕大多數(shù)霉菌繁殖的最適宜環(huán)境[4]，因此本設(shè)計(jì)的溫度預(yù)設(shè)值范圍設(shè)置在20℃～25℃，濕度預(yù)設(shè)值范圍為40%RH～60%RH。本設(shè)計(jì)利用5V 直流風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)除濕功能，同時(shí)利用紫外線燈來實(shí)現(xiàn)消毒功能并且利用LED 來模擬照明。通過三極管和繼電器與單片機(jī)相連來實(shí)現(xiàn)除濕消毒功能，其中單片機(jī)的P2.1 與消毒模塊相連，P2.2 與除濕模塊相連，P2.0 與照明模塊相連，當(dāng)模擬柜門打開時(shí)即P2.0 為低電平時(shí)，照明燈點(diǎn)亮。當(dāng)溫濕度超過預(yù)設(shè)值后P2.1 與P2.2 也為低電平，此時(shí)除濕消毒模塊開始工作。

圖8 消毒及照明模塊

圖9 除濕模塊

3 軟件設(shè)計(jì)

在本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)中先初始化這個(gè)系統(tǒng)，后顯示屏上將顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)好的時(shí)間，如果該時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間不符，則利用按鍵的設(shè)置鍵和選擇鍵來修改時(shí)間，完畢后顯示屏將顯示當(dāng)前柜門的狀態(tài)、當(dāng)前時(shí)間以及檢測到的溫濕度。

當(dāng)柜門打開時(shí)，照明燈將被點(diǎn)亮，此時(shí)不管消毒殺菌模塊及報(bào)警電路是否在工作都將停止，當(dāng)柜門關(guān)閉后才會(huì)繼續(xù)工作。同樣照明燈也將熄滅。之后判斷溫濕度是否大于預(yù)設(shè)值，大于后將開始降溫并消毒，同時(shí)報(bào)警電路開始報(bào)警。當(dāng)溫濕度都低于了預(yù)設(shè)值，將停止消毒和降溫，并且關(guān)閉報(bào)警。其總體設(shè)計(jì)流程圖如圖10 所示。

圖10 主流程圖

4 實(shí)物測試

在設(shè)計(jì)好硬件電路后，在Keil 內(nèi)編寫軟件程序，將編譯好的文件燒錄到單片機(jī)中，當(dāng)系統(tǒng)上電后，LCD 顯示屏上將顯示當(dāng)前的時(shí)間，若與當(dāng)前時(shí)間不符可以通過按鍵修改，修改后在顯示屏的第一行將顯示柜門狀態(tài)和當(dāng)前濕度。而第二行將顯示此時(shí)時(shí)間和溫度。實(shí)物測試如圖11所示。

實(shí)物功能測試：本設(shè)計(jì)的溫度預(yù)設(shè)值范圍設(shè)置在20℃～25℃，濕度預(yù)設(shè)值范圍為40%RH～60%RH。不同溫濕度下系統(tǒng)反應(yīng)情況如表1所示。

表1 系統(tǒng)測試結(jié)果

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)利用STC89C52 單片機(jī)為主控芯片，實(shí)現(xiàn)了智能衣柜系統(tǒng)。達(dá)到了使衣柜內(nèi)的溫濕度處于一個(gè)合理的范圍內(nèi)以有效地減少衣物發(fā)霉的情況。同時(shí)在系統(tǒng)工作時(shí)將會(huì)由蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，來提醒使用者。當(dāng)使用者在系統(tǒng)消毒除濕工作期間打開衣柜，系統(tǒng)將暫停直至柜門關(guān)閉以此來確保使用者的安全。在打開柜門的同時(shí)照明燈也將被點(diǎn)亮以便使用者更好地尋找衣物。經(jīng)測試后該系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足日常需求，可以在日常生活中給使用者帶來便利的同時(shí)減少衣物發(fā)霉的煩惱。

圖11 實(shí)物測試圖