郝國勇 趙麗芝

【摘? 要】 在生活中，人們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象：早上上班前晾曬的衣物，下午下班后回家仍然沒有干爽。尤其是在城市高樓中，由于樓房朝向和樓間距的設(shè)置，導(dǎo)致一天中陽臺(tái)能夠照射到太陽的位置不一樣，傳統(tǒng)的晾衣竿只能固定在一個(gè)地方，這就使衣服獲得晾曬的時(shí)間大幅地縮短。為解決這一問題，該設(shè)計(jì)使用傳統(tǒng)的STC89C52單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，采用太陽跟蹤技術(shù)，利用光強(qiáng)比較法，通過光照強(qiáng)度的變化，來控制上下兩軸步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行上下左右移動(dòng)，一直到光照強(qiáng)度一致時(shí)停止，實(shí)現(xiàn)晾衣架追光的目的，從而保證衣物有充足的晾曬時(shí)間。

【關(guān)鍵詞】 單片機(jī)；智能追光；晾衣架

一、智能追光晾衣架的整體設(shè)計(jì)方案

智能追光晾衣架采用STC89C52為控制核心，由雨滴采集電路、光照采集電路、人機(jī)界面電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等部分組成。通過采集雨滴信息和晾衣架前后左右四個(gè)方向光照值，通過單片機(jī)控制電機(jī)每隔0.5小時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)將晾衣架進(jìn)行前后左右移動(dòng)，使晾衣架實(shí)現(xiàn)智能追光晾衣服的效果，同時(shí)通過操作人機(jī)界面，還可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)的調(diào)節(jié)，以及對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)。

二、智能追光晾衣架的硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路主要包含單片機(jī)、光照采集及信號處理電路、人機(jī)界面電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，藍(lán)牙模塊控制電路等，如圖1所示。

（二）智能追光晾衣架各單元電路設(shè)計(jì)

1. 光照數(shù)據(jù)采集及信號處理電路

光照數(shù)據(jù)采集及信號處理電路采用4路光敏電阻采集光強(qiáng)數(shù)據(jù)，工程安裝時(shí)裝在智能追光晾衣架外側(cè)的四個(gè)邊，用于采集晾衣架四周的光照強(qiáng)度，采集的信號經(jīng)PCF8591的AIN0-AIN3四路模擬輸入口送給PCF8591，PCF8591內(nèi)部采用逐次逼近的方法分別對四路模擬的光照數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將A/D轉(zhuǎn)換以后的數(shù)據(jù)分別以ADC0_F、ADC1_B、ADC2_L、ADC3_R四組數(shù)據(jù)從PCF8591的SDL和SDA引腳送給89C52單片機(jī)的P1口的P1.0和P1.1。

2. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用ULN2803控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)MOTO1和MOTO2，ULN2803的輸入引腳1B-8B（PIN1-PIN8）按順序分別接89C52單片機(jī)P2口的P2.0至P2.7，MOTO1和MOTO2選用4相步進(jìn)電機(jī)。MOTO1用于控制智能追光晾衣架進(jìn)行前后移動(dòng)，按照順時(shí)針方向分別和ULN2803的輸出引腳1C-4C（PIN18-PIN15）連接，MOTO2用于控制智能追光晾衣架進(jìn)行左右移動(dòng)，按照順時(shí)針方向分別和ULN2803的輸出引腳5C-8C（PIN14-PIN11）連接。通過對比光照數(shù)據(jù)，89C52單片機(jī)從P2口輸出高低電平，控制MOTO1和MOTO2按要求進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)晾衣架進(jìn)行前后左右移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)追光效果。

3. 人機(jī)界面電路

人機(jī)界面電路主要由6個(gè)操作按鍵組成，按鍵功能如表1所示。

4. 雨滴檢測電路

雨滴檢測電路采用FC-37傳感器，F(xiàn)C-37雨滴傳感器包含收集雨滴的電路板和以LM393比較器為核心的雨滴信號處理電路板，有兩個(gè)信號輸出引腳DO和AO，分別接89C52單片機(jī)P3口的P3.0和P3.1，DO用于檢測是否有雨，AO用于檢測雨量大小。當(dāng)未檢測到雨滴時(shí)，F(xiàn)C-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出高電平，LED指示燈D4不亮；當(dāng)檢測到有雨滴時(shí)，F(xiàn)C-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出低電平，LED指示燈D4亮，RV2用于調(diào)節(jié)FC-37雨滴傳感器的靈敏度。

三、智能追光晾衣架的軟件設(shè)計(jì)

（一）主程序軟件設(shè)計(jì)

智能追光晾衣架的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示，主程序中先對單片機(jī)進(jìn)行上電復(fù)位操作，使單片機(jī)初始化，然后開始檢測和控制工作，過程如下：

1. 上電復(fù)位：單片機(jī)將所有的I/O口以及電機(jī)復(fù)原到初始狀態(tài)。

2. 天氣監(jiān)測，如果有雨，F(xiàn)C-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出低電平，89C52單片機(jī)P3口的P3.0引腳接收到低電平，控制電機(jī)進(jìn)行行程歸零復(fù)位，同時(shí)89C52單片機(jī)P3口的P3.1引腳根據(jù)接收到的AO的值判斷雨量的大小，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制智能追光晾衣架的回收速度，以避免衣服被淋濕，如果沒雨，繼續(xù)下一步驟。

3. 檢測白天還是晚上，如果是白天繼續(xù)執(zhí)行下面的動(dòng)作，如果是晚上控制電機(jī)進(jìn)行行程歸零復(fù)位，不執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作。

4. 檢測控制方式，如是手動(dòng)控制方式，按照手動(dòng)控制模式繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作，如果是自動(dòng)控制模式，按照自動(dòng)控制模式繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)動(dòng)作，系統(tǒng)默認(rèn)為自動(dòng)控制模式。

（二）手動(dòng)控制方式軟件設(shè)計(jì)

89C52單片機(jī)P3口的P3.3引腳偵測到S2按一下，程序轉(zhuǎn)入手動(dòng)控制模式，89C52單片機(jī)點(diǎn)亮LED燈D1，并繼續(xù)通過P3口的P3.3、P3.4、P3.5、P3.6引腳繼續(xù)檢測S3、S4、S5、S6的觸發(fā)情況。當(dāng)偵測到S3被按下時(shí)控制MOTO1正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)智能追光晾衣架向前移動(dòng)，當(dāng)偵測到S4被按下時(shí)控制MOTO1反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)智能追光晾衣架向后移動(dòng)，當(dāng)偵測到S5被按下時(shí)控制MOTO2正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)智能追光晾衣架向左移動(dòng)，當(dāng)偵測到S6被按下時(shí)控制MOTO2反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)智能追光晾衣架向右移動(dòng)。

（三）自動(dòng)控制方式的軟件設(shè)計(jì)

89C52單片機(jī)P3口的P3.3引腳偵測到S2按兩下，程序轉(zhuǎn)入自動(dòng)控制模式，89C52單片機(jī)每隔0.5小時(shí)采集和檢測當(dāng)前晾衣架四邊的光照值，單片機(jī)將接收到光照值數(shù)據(jù)包ADC0_F、ADC1_B、ADC2_L、ADC3_R進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來控制執(zhí)行電動(dòng)機(jī)做出相應(yīng)的響應(yīng)，例如，ADC2_L系統(tǒng)設(shè)定的閾值時(shí)，89C52單片機(jī)輸出數(shù)組｛0x80，0x40，0x20，0x10｝來控制P2口的P2.4-P2.7腳的高低電平，從而通過ULN2803控制MOTO2向右移動(dòng)。

（四）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速

當(dāng)需要對當(dāng)前的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，單片機(jī)首先檢測速度調(diào)節(jié)按鈕S1是否按下，如果檢測到按下，則再進(jìn)一步檢測S3、S4、S5、S6的觸發(fā)情況，然后根據(jù)觸發(fā)情況來調(diào)節(jié)MOTO1或MOTO2的轉(zhuǎn)速。例如，當(dāng)偵測到S3按下時(shí)，89C52單片機(jī)繼續(xù)偵測當(dāng)前MOTO1的轉(zhuǎn)速是否為最高速，如果是則返回，如果不是，將通過增大輸出信號的占空比來提高M(jìn)OTO1的轉(zhuǎn)速。

四、智能追光晾衣架的仿真測試

仿真測試采用PROTEUS軟件，如圖3所示，在自動(dòng)模式下，89C52單片機(jī)根據(jù)采集光照參數(shù)，在PCF8591和ULN2803的共同作用下控制MOTO1和MOTO2實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。

五、結(jié)語

文章講述的是采用89C52單片機(jī)、PCF8591和UL? N2803制作的一個(gè)智能追光晾衣架，實(shí)現(xiàn)了基本功能，是有一定的實(shí)用價(jià)值。同時(shí)還將繼續(xù)探究擴(kuò)展其他功能，比如增加壓力傳感器實(shí)現(xiàn)超重報(bào)警；增加藍(lán)牙、紅外等無線控制方式，實(shí)現(xiàn)手機(jī)無線控制；以及設(shè)置Zigbee節(jié)點(diǎn)，加入已有的智能家居網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)控制等等。

參考文獻(xiàn)：

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