王琪，許應(yīng)風(fēng)

（南陽(yáng)理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽(yáng) 473000）

基于單片機(jī)的智能晾衣架設(shè)計(jì)

王琪，許應(yīng)風(fēng)

（南陽(yáng)理工學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，南陽(yáng) 473000）

傳統(tǒng)智能晾衣架僅能根據(jù)遙控指令按程序進(jìn)行晾衣架的伸縮，無(wú)法感知環(huán)境變化，受天氣和空間的限制，因此設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能晾衣架系統(tǒng)，具有智能和遙控兩個(gè)工作模式，系統(tǒng)在智能模式下能夠根據(jù)外部光線強(qiáng)弱和空氣濕度自動(dòng)伸縮晾衣架，因而不受空間和天氣影響；同時(shí)在遙控模式下控制器能夠接收來(lái)自遙控器的控制信號(hào)，通過(guò)控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)晾衣架伸縮的控制，滿足用戶個(gè)性化需求。經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真及測(cè)試表明，系統(tǒng)能較好的根據(jù)外界環(huán)境變化判斷晾衣架的伸縮，滿足用戶需求，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

0 引言

傳統(tǒng)的晾衣架雖然使用簡(jiǎn)單，但無(wú)法自動(dòng)收縮，而目前市場(chǎng)上大部分智能晾衣架僅能根據(jù)人為遙控指令自動(dòng)收縮，無(wú)法根據(jù)天氣情況智能運(yùn)轉(zhuǎn)，因此受天氣和時(shí)間空間的限制[1]。因而本文設(shè)計(jì)了一種智能晾衣架，擁有智能模式和遙控模式兩種工作模式，智能模式下可以根據(jù)周圍環(huán)境的濕度和光線強(qiáng)度自動(dòng)控制晾衣架的伸出和收回，解決了傳統(tǒng)智能晾衣架無(wú)法根據(jù)天氣變化而工作的問題，同時(shí)遙控模式下，用戶可通過(guò)遙控器按鍵就能夠控制晾衣架自動(dòng)前進(jìn)后退，滿足用戶個(gè)性化需求。并有模式指示燈顯示系統(tǒng)工作模式、蜂鳴器報(bào)警和限位開關(guān)檢測(cè)衣架位置功能，更加人性化，符合人們的要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

使用單片機(jī)AT89S52做系統(tǒng)的控制核心，主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、遙控電路、光線和濕度檢測(cè)電路和電機(jī)控制執(zhí)行電路等組成，軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫程序。無(wú)線發(fā)送和接收模塊構(gòu)成遙控電路，光敏電阻和濕度傳感器把收到的數(shù)據(jù)送給控制器處理，通過(guò)單片機(jī)引腳輸出不同高低電平來(lái)控制兩個(gè)繼電器不同開合狀態(tài)，間接控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)模擬伸出和收回效果，并且用限位開關(guān)來(lái)控制衣架伸縮的位置。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主控芯片采用AT89S52單片機(jī)，單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)、復(fù)位電路和晶振電路。光敏電阻采集光線明暗信號(hào)，濕度檢測(cè)模塊采用DHT11傳感器采集溫濕度信號(hào)。同時(shí)遙控器發(fā)送系統(tǒng)智能和遙控模式切換信號(hào)，以及電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)信號(hào)，接收端接收到信號(hào)后傳送給單片機(jī)控制系統(tǒng)，若為智能模式，則判斷采集到的光線明暗信號(hào)是否小于設(shè)定值或者濕度信號(hào)是否大于設(shè)定值，若滿足條件，則單片機(jī)給電機(jī)傳送命令，令電機(jī)反轉(zhuǎn)，晾衣架收縮，如果前進(jìn)后退過(guò)程中抵到了限位開關(guān)，LED燈亮3下，蜂鳴器報(bào)警3聲，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。反之，則正轉(zhuǎn)，晾衣架展開。通過(guò)遙控器向單片機(jī)發(fā)送遙控切換信號(hào)，則單片機(jī)控制系統(tǒng)處于遙控模式下，遙控模式開關(guān)指示燈亮，可通過(guò)遙控器的向單片機(jī)發(fā)送電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號(hào)從而控制晾衣架的收縮；前進(jìn)后退過(guò)程中抵到了限位開關(guān)，LED等亮3下，蜂鳴器報(bào)警3聲，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)傳感器采集到的信號(hào)優(yōu)先級(jí)別低于遙控器發(fā)送的信號(hào)。主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、光線檢測(cè)模塊、濕度檢測(cè)模塊、遙控模塊、按鍵模塊、模式顯示模塊、報(bào)警模塊、數(shù)碼管顯示模塊等。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)控制板電路圖

2.1 光線檢測(cè)和濕度檢測(cè)模塊

利用光敏電阻感光時(shí)電阻變化來(lái)檢測(cè)周圍環(huán)境光線強(qiáng)度的，即當(dāng)光照弱，阻值變大，NPN三極管基極變?yōu)榈碗娖綍r(shí)截止，用10k電阻把發(fā)射極電平拉低，單片機(jī)P1.0腳變成低電平。當(dāng)光照強(qiáng)，電阻阻值變小，此時(shí)三極管基極電壓變高，NPN型三極管就會(huì)接通導(dǎo)電[2]，發(fā)射極被電源VCC拉高，單片機(jī)P1.0腳變成高電平。DHT11傳感器采集濕度信息，其測(cè)濕元器件是電阻式的。單片機(jī)P2.0腳是數(shù)據(jù)口，作用是發(fā)射接收串行格式的數(shù)據(jù)，與DHT11的第3腳相連。DHT11傳感器的第2腳和電源之間加一個(gè)阻值為10KΩ上拉電阻，起到信號(hào)穩(wěn)定。DHT11腳1連單片機(jī)VCC，腳4連GND，腳3懸空。如圖3所示。

圖3 DHT11電路原理圖

2.2 遙控設(shè)計(jì)模塊

該模塊包含無(wú)線發(fā)射和接收。SC2262和SC2272是配合使用的低功耗通用編解碼芯片。當(dāng)模式轉(zhuǎn)換按鍵被按下時(shí)電池的正極才會(huì)和SC2262編碼芯片與315MHz發(fā)射模塊的VCC電源端接通，此時(shí)如果再按下控制衣架伸出按鍵或控制衣架收回按鍵時(shí)遙控器就會(huì)發(fā)出控制信號(hào)，當(dāng)模式轉(zhuǎn)換按鍵斷開時(shí)電池也斷開。接收部分的電路圖如圖4所示。單片機(jī)系統(tǒng)能夠更好地識(shí)別低電平，所以收到信號(hào)時(shí)SC2272解碼芯片輸出高電平，經(jīng)過(guò)NPN型三極管后變成低電平，被單片機(jī)檢測(cè)到后通過(guò)P1.1腳、P1.2腳和P1.3腳高低電平控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，達(dá)到前進(jìn)后退效果。

圖4 系統(tǒng)遙控板電路圖

2.3 電機(jī)控制執(zhí)行模塊

本模塊包含兩個(gè)繼電器和一個(gè)直流電機(jī)，繼電器平常狀態(tài)下銜鐵在彈簧拉力作用與常閉端閉合，當(dāng)線圈有電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵在電磁力作用下克服返回彈簧的拉力與常開端吸合[3]。單片機(jī)引腳輸出高低電平信號(hào)控制兩個(gè)繼電器的不同吸合狀態(tài)，間接控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而實(shí)現(xiàn)晾衣架的伸出和收回。

2.4 模式顯示模塊

使用三個(gè)發(fā)光二極管（紅、藍(lán)、黃）來(lái)指示系統(tǒng)工作的狀態(tài)：紅燈亮?xí)r表示系統(tǒng)是智能模式，即當(dāng)周圍環(huán)境濕度值較小或光照強(qiáng)時(shí)伸出晾衣架，濕度值較大或光照弱時(shí)收回晾衣架；紅燈滅表示遙控模式。藍(lán)燈亮表示電機(jī)是正轉(zhuǎn)狀態(tài)，即衣架伸出；黃燈亮表示電機(jī)是反轉(zhuǎn)狀態(tài)，即衣架收縮。

2.5 外圍單元

外圍單元包括按鍵，數(shù)碼管顯示和報(bào)警模塊。采用自鎖式按鍵，自鎖式按鍵被按下時(shí)會(huì)鎖住按下的狀態(tài)；只有人為用手再次按下時(shí)開關(guān)才會(huì)彈跳起線路就會(huì)斷開。數(shù)碼管顯示模塊采用的是兩位一體共陰數(shù)碼管。報(bào)警模塊使用的是5V有源蜂鳴器，直流電壓供電，內(nèi)部有振蕩源，只要通電就能發(fā)聲，從而報(bào)警[4]。

2.6 硬件設(shè)計(jì)實(shí)物圖

該設(shè)計(jì)使用的是覆銅板，大板子尺寸是9×15cm,小板子尺寸是5×7cm。硬件設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖5所示，其中（a）為系統(tǒng)控制板。（b）為系統(tǒng)遙控板。

圖5 硬件設(shè)計(jì)實(shí)物圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由主程序和相關(guān)子程序構(gòu)成。程序首先監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是否處于智能模式，程序檢測(cè)模式轉(zhuǎn)換按鍵有沒有接通，如果為“是”就是遙控模式：判斷伸出按鍵是否按下，伸出按鍵按下則藍(lán)燈亮，判斷是否觸碰行程開關(guān)，觸碰則藍(lán)燈閃爍三次蜂鳴器響三聲電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，不觸碰則藍(lán)燈亮電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果伸出按鍵沒按下，就判斷收回按鍵是否按下，收回按鍵按下的話則黃燈亮電機(jī)反轉(zhuǎn)，判斷是否觸碰行程開關(guān)，觸碰則黃燈閃爍三次蜂鳴器響三聲電機(jī)反轉(zhuǎn)，不觸碰黃燈亮電機(jī)反轉(zhuǎn)；如果為“否”就是智能模式：判斷周圍環(huán)境濕度高或光線暗，濕度高或光線暗為是判斷是否觸碰行程開關(guān)，觸碰則黃燈閃爍三次蜂鳴器響三聲電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，不觸碰則黃燈亮電機(jī)反轉(zhuǎn)，濕度高或光線暗為否周圍環(huán)境濕度低且光線亮，環(huán)境濕度低且光線亮為是則藍(lán)燈閃爍三次蜂鳴器響三聲電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)境濕度低且光線亮為否則藍(lán)燈亮點(diǎn)擊正轉(zhuǎn)。當(dāng)進(jìn)入到濕度讀取子程序中時(shí)將主機(jī)拉低18ms，檢測(cè)從機(jī)是不是低電平，是就再檢測(cè)從機(jī)有沒有80ms高電平，有的話就開始數(shù)據(jù)的接收。程序進(jìn)入定時(shí)器0中斷子程序后對(duì)T0賦初值，然后每5秒鐘檢測(cè)一次濕度，把檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)。程序總流程圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)電路圖搭建實(shí)際電路板，并在電路板上共進(jìn)行了4組測(cè)試分別為:（1）智能模式濕度小于限定值80。（2）智能模式濕度大于限定值 80。（3）遙控模式按鍵伸出。（4）遙控模式按鍵收回。經(jīng)測(cè)試智能模式下濕度小于80時(shí)指示燈紅燈藍(lán)燈亮表示電機(jī)正轉(zhuǎn)，大于80時(shí)，指示燈紅燈黃燈亮表示智能模式下電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)遙控模式下，按下伸出鍵，此時(shí)只有藍(lán)燈亮指示遙控模式下電機(jī)正轉(zhuǎn)衣架正在伸出，反之，只有黃燈亮。圖7中用紅線畫出來(lái)的是數(shù)碼管顯示環(huán)境濕度值為56，小于設(shè)定值80，紅燈和藍(lán)燈亮指示智能模式下衣架正在伸出，系統(tǒng)正常運(yùn)行，仿真測(cè)試結(jié)果正確，和預(yù)期一致。

圖6 程序總流程圖

圖7 測(cè)試圖

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)智能晾衣架僅能根據(jù)遙控指令按程序進(jìn)行晾衣架的伸縮，無(wú)法感知環(huán)境變化，因而受天氣和空間的限制，本設(shè)計(jì)的智能晾衣架通過(guò)光敏電阻和濕度傳感器獲取外界環(huán)境變化信息，當(dāng)光線過(guò)暗或者空氣濕度超過(guò)設(shè)定值時(shí)晾衣架自動(dòng)收縮，達(dá)到自動(dòng)涼衣的效果；同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)遙控功能，可通過(guò)遙控器按用戶意愿進(jìn)行晾衣架的伸縮，滿足用戶的個(gè)性化需求。針對(duì)該功能，本文進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了軟件仿真以及實(shí)際電路板的測(cè)試，經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真及測(cè)試表明，該設(shè)計(jì)能較好地根據(jù)外界環(huán)境變化判斷晾衣架的伸縮，滿足用戶需求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

[1]壽宏，林利棟，毛曉捷，等.自動(dòng)伸縮式防雨晾衣架的研究[J].機(jī)械工程師，2010，27（7）：27-29

[2]黃超，劉婷，謝印慶.基于STC12C5A60S2多功能通信開發(fā)板設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（05）：152-155.

[3]周國(guó)運(yùn)，魯慶賓，趙天翔.單片機(jī)原理與接口技術(shù)（C語(yǔ)言版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014：6-7.

[4]徐愛鈞.單片機(jī)原理實(shí)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：10-11.

Design of Intelligent Airer Based on Single-Chip Microcomputer

WANG Qi,XU Ying-feng
(College of computer and information engineering,Nanyang Institute of Technology,Nanyang 473000)

The traditional intelligent airer can only be carried out according to the remote control command,unable to perceive the changes of environment,which affected by the weather and space,so the system of intelligent airer based on a microcomputer is designed with two modes to operate,the system in the intelligent mode can stretch and shrink automatically according to the external light intensity and the air humidity,and thus it is not subject to space and weather;at the same time in the re?mote control mode controller can receive the control signal from the remote controller to control the motor,and the airer stretch and shrink by the motor,meet the needs of individual users.The simulation and test show that the system can better judge the expansion of the airer according to the change of the external environment,meet the needs of users,and achieve the desired goal.

晾衣架；單片機(jī)；智能家居；光線監(jiān)測(cè)

1007-1423（2017）28-0060-05

10.3969/j.issn.1007-1423.2017.28.016

王琪（1987-），女，河南南陽(yáng)人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)閳D像處理、信息處理

許應(yīng)風(fēng)（1995-），男，河南固始人，本科，研究方向?yàn)樾畔⑻幚?/p>

2017-08-01

2017-09-30

Clothes Hanger;Single Chip Microcomputer;Intelligent Home;Light Monitoring