牛喜娟

摘 要：隨著時代的發(fā)展，女性逐漸改變原來的“家庭主婦”的形象，步入職場。但身份的轉(zhuǎn)換也難逃家務(wù)的支配，本課題是想要設(shè)計一款以溫濕度傳感器控制下的晾衣架，減輕這些職業(yè)女性的工作量。對于外面多變的環(huán)境狀況，因為有工作，更多家庭會選擇將衣服晾在室內(nèi)，但是仍有衣服晾曬程度不均的情況，尤其是在南方潮濕的天氣里，衣服變干燥更難，更甚者會出現(xiàn)發(fā)霉的狀況。本設(shè)計中的晾衣架安裝在陽臺外面，根據(jù)光敏電阻和溫濕度傳感器的參數(shù)與系統(tǒng)預(yù)設(shè)值進行比較來決定衣架的伸縮，使衣物邊干。

此本課題研究的晾衣架系統(tǒng)是以單片機為核心，通過溫濕度傳感器和光敏電阻監(jiān)測外部環(huán)境，然后與系統(tǒng)所設(shè)的光照及濕度預(yù)設(shè)值進行比較，在智能模式時，電動機控制晾衣架進行自動晾衣;手動模式時，配以報警和指示燈狀態(tài)會變成紅色加以提醒。

關(guān)鍵詞：晾衣架;AT89C52單片機;DHT11

第1章 相關(guān)技術(shù)及工具背景介紹

1.1 相關(guān)技術(shù)

1.1.1單片機技術(shù)

MCU微控制器，也被稱作單片微型計算機和單片機。這類微控制器是把中央處理器的規(guī)格以及工作頻率做了適當(dāng)?shù)目s減，并且整合了存儲器、定時計數(shù)器、串口等接口的芯片級計算機。

1.1.2 AD數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)

AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是將外界監(jiān)測到的溫濕度，通過內(nèi)部的一個數(shù)據(jù)處理，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，以便后面實驗所用。但是在進行數(shù)模轉(zhuǎn)換之前，必須將所有的信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換之后，輸出的數(shù)字信號可以有多種位數(shù)，滿足不同需求。數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)在我們的系統(tǒng)中非常重要，因為我們的現(xiàn)實生活中能夠獲取到的都是物理信號，我們必須將這些信號進行處理，才能使用它們，達到我們的實驗?zāi)康摹?/p>

第2章 溫濕度傳感器控制下的晾衣架系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能設(shè)計

系統(tǒng)包括兩種工作模式：

（1）自動（智能）模式：系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)工作在自動控制模式，如果外部環(huán)境為高濕度低光照的情況下，晾衣架自動收回，否則伸長，對應(yīng)指示燈亮，因為自動沒有讓蜂鳴器和指示燈提示。

（2）手動模式：高濕度低光照的情況下蜂鳴器會響指示燈會亮，可以手動調(diào)節(jié)伸縮操作。安排一個手動開關(guān)，主要是為了防止一些特殊情況的發(fā)生，或者對一些特殊情況需要做一些特別的處理。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)模塊包括光敏電阻傳感器模塊、DHT11溫濕度傳感器模塊、PCF8591 AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊、聲音報警模塊、LCD1602A顯示器模塊、電機電路模塊、手動控制模塊、LED燈模塊以及C52單片機模塊。

2.3模塊設(shè)計

2.3.1 按鍵模塊

四個獨立按鍵定義為：

button1 ，顯示頁面標(biāo)志，0主頁1設(shè)置頁;

button2，當(dāng)前是設(shè)置頁時，移動設(shè)置參數(shù)標(biāo)志;

button3 ，當(dāng)前頁是主頁時，如果是手動模式，設(shè)置op為1伸長標(biāo)志，如果不是主頁，根據(jù)setIndex判斷當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)，并對那個參數(shù)進行+1操作;

button4，當(dāng)前頁是主頁時，如果是手動模式，設(shè)置op為2收回標(biāo)志，如果不是主頁，根據(jù)setIndex判斷當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)，并對那個參數(shù)進行-1操作;

2.3.2 電機模塊

本課題中所使用的L298N電機主要是為了給模擬晾衣架工作狀態(tài)的馬達提供外動力，以此來達到實驗所要的效果，而為了實現(xiàn)此功能只需改變輸入端的邏輯電平。

工作狀態(tài)具體分析如下：

① ?每兩根線控制一個一個馬達A和B，最先對四個接口初始化。當(dāng)控制A的0號線輸入低電平，1號線輸入高電平時，馬達A 正轉(zhuǎn);

② ?當(dāng)控制A的0號線輸入高電平，1號線輸入低電平時，馬達A 反轉(zhuǎn);

③ ?當(dāng)控制B的0號線輸入高電平，1號線輸入低電平時，馬達B正轉(zhuǎn);

④ ?當(dāng)控制B的0號線輸入低電平，1號線輸入高電平時，馬達B反轉(zhuǎn);

⑤ ?當(dāng)控制馬達AB的0號線和1號線均為低電平時，則電機停止工作。

2.3.3 LCD1602A 顯示器模塊

LCD1602液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，即可以顯示出圖形。采用四線驅(qū)動向LCD1602寫入指令和數(shù)據(jù)，要從LCD1602讀取數(shù)據(jù)，需要采用八線驅(qū)動，則可以讀寫。

2.3.4 報警和指示燈模塊

采用蜂鳴器報警電路。用3個不同顏色的發(fā)光二極管顯示工作狀態(tài)。功能分析具體如下：

①自動模式：高濕度低光照的情況下自動收回，否則伸長，對應(yīng)指示燈亮，因為自動沒有讓蜂鳴器和指示燈提示。

②手動模式：高濕度低光照的情況下蜂鳴器會響指示燈會亮，可以手動調(diào)節(jié)伸縮操作。

2.3.5 DHT11溫濕度傳感器模塊

本課題所使用的DHT11溫濕度傳感器的主要工作模式是：將外界環(huán)境的溫度及濕度值進行采集，然后在傳感器在低電平信號時，過濾掉80微妙低電平和80微妙高電平之后，準(zhǔn)備開始讀取40位數(shù)據(jù)。在進行一系列對數(shù)據(jù)進行處理后，再傳給AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器，進行后續(xù)的實驗操作。

2.3.6 PCF8591 AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊

8位AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊，有4個模擬輸入信號、1個模擬輸出信號，采用I2C協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸。

具體功能如下：

PCF8591 AD數(shù)模轉(zhuǎn)換器將監(jiān)測到的外界環(huán)境的溫度以及濕度這兩種模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且根據(jù)數(shù)據(jù)計算出溫度和濕度，將其正確的顯現(xiàn)在顯示器上，再通過計算出的溫濕度值來對晾衣架進行伸或是縮的操作，以達到智能晾衣架的目的。

2.3.7 光敏傳感器模塊

通過光敏電阻傳感器模塊采集光照強度，并將光照強度轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出到PCF8591 AD數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，由PCF8591將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且根據(jù)獲取的數(shù)值計算出光照強度比例，計算出數(shù)據(jù)之后，再跟預(yù)設(shè)值進行比較，來判斷晾衣架是否伸縮，達到智能晾衣架的功能。

第3章 溫濕度傳感器控制下的晾衣架系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 按鍵模塊初始化、判斷及賦值

按鍵模塊包含4個獨立按鍵， button1 顯示頁面標(biāo)志，0主頁1設(shè)置頁;button2當(dāng)前是設(shè)置頁時，移動設(shè)置參數(shù)標(biāo)志;button3 當(dāng)前頁是主頁時，如果是手動模式，設(shè)置op為1伸長標(biāo)志，如果不是主頁，根據(jù)setIndex判斷當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)，并對那個參數(shù)進行+1操作;button4當(dāng)前頁是主頁時，如果是手動模式，設(shè)置op為2收回標(biāo)志，如果不是主頁，根據(jù)setIndex判斷當(dāng)前設(shè)置的參數(shù)，并對那個參數(shù)進行-1操作。

按鍵判斷流程圖如圖3-1所示。

3.2 LCD1602A顯示器模塊功能的實現(xiàn)

具體實現(xiàn)方法是：第一先使顯示器進行初始化操作;第二輸入i=0，并且判斷l(xiāng)ine是否為0，若是，則設(shè)置數(shù)據(jù)位置指針在第一行的第一個位置，否則設(shè)置數(shù)據(jù)位置指針在第二行的第一個位置。倘若i<16，則進行i++操作。數(shù)據(jù)操作流程圖如圖3-2 所示，四位數(shù)據(jù)拆分如圖3-3所示。

3.3 i2c總線的實現(xiàn)

I2C總線是一種同步串行總線協(xié)議。在本課題中，是一種自定義協(xié)議，只需要兩根線就可以通過該協(xié)議連接兩個器件。主器件的功能是是傳送數(shù)據(jù)，而從器件是被尋址的、進行讀取數(shù)據(jù)的功能。具體功能實現(xiàn)：

①首先通過開始信號、結(jié)束信號以及應(yīng)答信號完成I2C通信協(xié)議的三次握手。

②其次，發(fā)送8位數(shù)據(jù)到AD;然后，AD讀8位數(shù)據(jù)。

③最后進行寫操作、讀操作并且獲取轉(zhuǎn)換后的強度。

其中，發(fā)送數(shù)據(jù)如圖3-4所示;讀取數(shù)據(jù)如圖3-5所示。

3.4 DHT11溫濕度傳感器模塊的實現(xiàn)

首先對DHT11溫濕度傳感器讀到的外界環(huán)境的濕度數(shù)據(jù)進行運算處理，然后輸出低電平信號，保持18毫秒低電平信號，釋放拉高電平信號，等待20微秒，繼續(xù)拉高電平信號，如果檢測到DHT11的低電平信號，過濾DHT11的80微秒低電平信號，過濾DHT11的80微秒高電平信號，準(zhǔn)備開始讀取40位數(shù)據(jù)，依次讀取濕度整數(shù)部分、濕度小數(shù)部分、溫度整數(shù)部分、溫度小數(shù)部分，最后則顯示在顯示器上。DHT11溫濕度傳感器運行函數(shù)流程圖如圖3-6 所示。

3.5 軟件整體設(shè)計

首先對系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，然后通過DHT11溫濕度傳感器和光敏電阻來監(jiān)測外部環(huán)境的溫濕度，再通過AD轉(zhuǎn)換器將監(jiān)測到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

其次，判斷html為主頁面還是設(shè)置頁面。當(dāng)工作模式為0且op為1時，電動機正轉(zhuǎn);

當(dāng)工作模式為0且op為2時，電動機反轉(zhuǎn);

當(dāng)工作模式為1且在主頁面時，若監(jiān)測外界濕度大于預(yù)設(shè)濕度值、外界光照小于預(yù)設(shè)光照值時，綠燈亮，此情況下晾衣架伸縮檔大于0，的話，電動機反轉(zhuǎn)，否則綠燈滅;

若排除“監(jiān)測外界濕度大于預(yù)設(shè)濕度值、外界光照小于預(yù)設(shè)光照值”時，在其他情況下黃燈亮，此時若晾衣架伸縮檔小于5的話，電動機正轉(zhuǎn)，否則黃燈滅;

當(dāng)工作模式為0且在主頁面且晾衣架伸縮檔大于0的情況下，若監(jiān)測外界濕度大于預(yù)設(shè)濕度值、外界光照小于預(yù)設(shè)光照值，紅燈亮，蜂鳴器響，以此來提醒用戶收縮晾衣架，排除高濕度低光照的其他情況下，紅燈不亮，蜂鳴器不響。

第4章 成果展示

4.1 兩種界面展示

html=0，主頁面;html=1，設(shè)置頁。

如圖4-1、4-2所示：

4.2 光照調(diào)節(jié)功能展示

在展示光照調(diào)節(jié)功能時，程序內(nèi)的預(yù)設(shè)光照值為20%，預(yù)設(shè)濕度值為10%。不同光照強度下，LED的狀態(tài)，晾衣架伸縮檔情況，實物圖展示如圖4-3、4-4所示：

4.3 濕度調(diào)節(jié)功能展示

因為濕度的實驗條件很難達到，存在很多不可抗因素的干擾，根據(jù)設(shè)計原理可得出，在判斷濕度調(diào)節(jié)功能時，在光照一定的情況下，當(dāng)預(yù)設(shè)濕度值為80%時，若測量濕度值小于80%，晾衣架伸縮檔大于0則判定實驗成功;當(dāng)預(yù)設(shè)值為10%時，若測量濕度值大于10%，晾衣架伸縮檔為0則判定實驗成功。

不同濕度值下，LED的狀態(tài)、晾衣架伸縮檔情況實物圖展示如圖4-5、4-6：

4.4 手動調(diào)節(jié)功能展示

當(dāng)model為0時，則為手動模式情況下。手動模式：高濕度低光照的情況下蜂鳴器會響，紅燈會亮，可以手動調(diào)節(jié)伸縮操作，如圖4-8所示。

結(jié)論

本課題的具體工作如下：首先對系統(tǒng)進行初始化設(shè)置，然后通過光敏電阻和溫濕度傳感器采集外界環(huán)境的溫濕度值，然后根據(jù)

監(jiān)測到的外界環(huán)境來進行具體的操作。在智能模式情況下，通過溫濕度傳感器監(jiān)測到的外界環(huán)境的濕度值大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)濕度值，

有且光敏電阻監(jiān)測到的外界環(huán)境光照值小于系統(tǒng)預(yù)設(shè)光照值，且晾衣架伸縮檔大于0的情況下，綠燈亮，晾衣架收回;不滿足高濕度低光照的條件，則黃燈亮，此時若晾衣架伸縮檔為0時，則晾衣架伸縮檔伸出。

在手動模式下，若監(jiān)測到的外界環(huán)境為高濕度低光照的情況，且晾衣架伸縮檔大于0，則紅燈亮，蜂鳴器響，以此來提醒用戶進行手動伸縮晾衣架。

通過這次的智能晾衣架系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，我深深地體會到了人工智能帶來的變革，它使我們的生活更加便利，同時在一定程度上減少了職業(yè)女性的家庭負(fù)擔(dān)。

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（作者單位：西南財經(jīng)大學(xué)，四川 成都 610000）