基于单片机的智能晾衣架控制系统设计与实现

燕京理工学院毕业设计（论文）I基于单片机的智能晾衣架控制系统的设计与实现董阳通信工程专业 通信 1301 班 学号 130250004指导教师 李丽芬副教授摘 要现在都市的生活越来越忙，很多人都没有时间和精力来管理一些细节上的东西，比如，在合适的阳光温度时间内晾晒衣服。针对这来问题我们开始了研究，通过对智能晾衣架控制系统的设计与实现的不断探究，得到了比较好的设计思路。通过使用 DHT11 温湿度传感器、光敏电阻等元件，对环境的变化进行检测，然后再将测量数据传递给 STC89C51 单片机，单片机的核心板再对所测量的温湿度和光线的强弱进行判别，驱使电机进行正转或者反转，达到智能晾晒衣物的目的。在温湿度检测方面使用的是 DHT11 传感器模块，该模块将测量得到的数据与设定值进行对比，如果湿度超越过设定值，系统会默认回收晾衣架，发送脉冲信号来控制电机收回晾衣架。针对光照强度方面的检测我们选择使用光敏电阻，光照强度的改变会使电阻阻值产生相应的变化，单片机将变化后的阻值与设定值进行对比，如果超过设定值，则控制电机进行转动，使衣架收回，从而实现智能晾衣服的目的。关键词：智能 STC89C51 DHT11 燕京理工学院毕业设计（论文）IIDesign and Implementation of Intelligent Clothes Hanger Control System Based on Single Chip MicrocomputerAbstractNow the city life more and more busy, a lot of people do not have the time and energy to manage some of the details, for example, in the appropriate temperature of the sun drying clothes. In order to solve this problem, we started the research, through the intelligent clothes hanger control system design and implementation of continuous research, get a better design ideas. By using the DHT11 temperature and humidity sensor, photosensitive resistance and other components, the change of environment were detected, and then the measurement data are transmitted to the STC89C51 microcontroller core board microcontroller to measure the temperature and humidity and light intensity discrimination, motor driven forward or reverse, achieves the intelligent clothes drying purpose. Used in the detection of the temperature and humidity DHT11 sensor module, the module will be measured data are compared with the set value, if the humidity is beyond the set value, the system will default recovery racks, send pulse signal to control the motor back racks. Similarly, the photosensitive resistor for detecting the light intensity of the light intensity, the changes will cause the resistance change, will change the resistance compared with the set value, if it exceeds the set value, then control the motor to rotate, the clothes hanger to recover, so as to achieve the purpose of intelligent clothes.Key words: intelligent STC89C51 DHT11燕京理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言 .1第 1 章 绪论 .2第 1.1 节 选题背景 .2第 1.2 节 研究方法及目的 .2第 1.3 节 研究意义 .3第 2 章 系统总体设计 .4第 2.1 节 总系统设计框图 .4第 2.2 节 系统组成概述 .4第 2.3 节 控制系统核心选择 .4第 2.4 节 湿度检测模块选择 .5第 2.5 节 遥控电路设计 .5第 2.6 节 遥控发射模块参数 .6第 2.7 节 光强检测模块选择 .7第 2.8 节 电机模块选择 .7第.9 节 系统设计要求 .8第 3 章 控制系统硬件设计 .9第 3.1 节 单片机的介绍及其工作系统设计 .9第 3.2 节 温湿度传感器电路 .14燕京理工学院毕业设计（论文）IV第 3.3 节 光敏检测电路 .17第 3.4 节 直流电机驱动电路 .19第 4 章 控制系统设计 .21第 4.1 节 程序流程图 .21第 4.2 节 程序设计 .22第 4.3 节 系统初始化 .22第 4.4 节 温湿度检测 .25第 5 章 系统整体调试 .27第 5.1 节 系统仿真演示 .28第 5.2 节 硬件实物的焊接 .33结 论 .37附 录 .39参考文献 .41致 谢 .42燕京理工学院毕业设计（论文）1前 言科技是第一生产力科技的进步推动着人类生活的进步，人们对生活也开始不断的追求智能化，这种形式促使各国也在家具智能方面开始了深入的研究。人工智能化的产生以及运用使人们对家电、照明、窗帘管理控制和防盗报警等智能化方面的研究更进了一步，促使人们生活向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各项人工智能的家具中针对晾衣工具这个方面的研究我国并没有得到很大中的重视和研究，甚至可以用没有什么改变来形容，所以其市场研究价值很高，十分利于我们开发研究。现在在我国大多数普通用户生活中，很少会存在能够随着外界环境改变而硬件自身够功进行变化的智能晾衣架，从而达到自动收缩或者伸展晾衣架的目的。常见的普通晾衣架在实际生活活中并不是很人性化帮助人们生活便利，并且很多常见的问题不能够解决。例如，我们工作不在家时，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能够及时回收而导致重洗；晚上因为加班不能够回家，晾晒的衣服也不能够及时回收造成损失，并且在酷热夏日，我们因为工作繁忙的原因通常会导致把洗好的衣物晾晒在室外一整天，而不能及时收回。假设我们不在家，但是在夏天的正午时候不能够把衣物回收到屋子里，导致衣物暴晒，这样的现象在我们平时的生活中最为常见，所以普通的晾衣架对我们的衣物伤害极大。虽然在国际上有很多大的厂家对智能晾衣架有一定的研究，但是他们所研究量产的智能晾衣架大都是半智能化的，用户只能经过电路按键等控制方式使衣物达到垂直升降晾晒衣服的目的。基于这一现状我的设计思路是使用 DHT11温湿度传感器和光传感器来检测室外的天气温度和光照的情况，然后得到当下天气信息，这些信息再由传感器传输到单片机，单片机再通过脉冲信号使电机进行转动，进而达到智能晒衣物的目的。燕京理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 绪论第 1.1 节 选题背景科技是第一生产力科技的进步推动着人类生活的进步，人们对生活也开始不断的追求智能化，这种形式促使各国也在家具智能方面开始了深入的研究。人工智能化的产生以及运用使人们对家电、照明、窗帘管理控制和防盗报警等智能化方面的研究更近了一步，促使人们向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各项人工智能的家具中针对晾衣工具这个方面的研究我国并没有得到很大中的重视和研究，甚至可以用没有什么改变来形容，因此智能晾衣架也有很大发展空间，其市场研究价值很高，并且渐渐的这种生活模式将会吸引社会的很大关注。第 1.2 节 研究方法及目的1.2.1 研究目的现在在我国大多数普通用户生活中，很少会存在能够随着外界环境改变而硬件自身够功进行变化的智能晾衣架，从而达到自动收缩或者伸展晾衣架的目的。常见的普通晾衣架在实际生活活中并不是很人性化帮助人们生活便利，并且很多常见的问题不能够解决。例如，我们工作不在家时，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能够及时回收而导致重洗；晚上因为加班不能够回家，晾晒的衣服也不能够及时回收造成损失，并且在酷热夏日，我们因为工作繁忙的原因通常会导致把洗好的衣物晾晒在室外一整天，而不能及时收回。假设我们不在家，但是在夏天的正午时候不能够把衣物回收到屋子里，导致衣物暴晒，这样的现象在我们平时的生活中最为常见，所以普通的晾衣架对我们的衣物伤害极大。虽然在国际上有很多大的厂家对智能晾衣架有一定的研究，但是他们所研究量产的智能晾衣架大都是半智能化的，用户只能经过电路按键等控制方式使衣物达到垂直升降晾晒衣服的目的，但是这样的设计并不能完美的晾晒衣服并燕京理工学院毕业设计（论文）3且让其对衣服无损伤，通过用单片机为核心的设计可以很好解决这个问题。整个系统的工作过程为，单片机经过 DHT11 温湿传感器来获取当下天气情况，当室外的温度或湿度为系统设定数值的时候，单片机会发送信号驱使电动机进行转动，来完成智能晾晒衣服目的。另外，在转动的过程中当传动杆接触到位置开关时，电机就会中止转动；在雨过天晴的时候阳光会比较充足，此时光敏电阻会因为光照变化的原因使自身阻值产生变化，并将其变化信息发送给单片机，单片机在程序的指引下对光照强度进行判断，然后发送脉冲信号给电机，使电机进行转动进而实现智能晾衣。 1.2.2 研究方法（1）文献法。由于本研究将会触及到很多单片机方面的绘图以及变成等方面的知识和技术，为了能够更好的完成研究，所以需要对大量的期刊杂志等书籍进行浏览、整理和分析。这样做能够快速而且有效的获得大量对本研究由有利的信息和材料，因此成为研究方法不可缺少的部分。（2）观察法。合理的观察对研究有很大的帮助，这种研究方法具有很强的目的性和计划性，在实验中往往能达到意想不到的效果，从而开辟人们的思路，招致新的发现，因此也成为研究方法不可缺少的部分。第 1.3 节 研究意义按照现阶段的晾衣架开发情况，本设计方法能够把人们从原始的晾衣操作方法中解脱出来，实现智能生活化。这种智能晾衣架除了人工智能外还有其他的优点，例如占地面积相对其他的晾衣架而言较小，并且它的操作方法也特别简单，能够通过遥控来实现人工伸展和收回，它的外观也有很高的美观性。相对其他晾衣架而言这种设计方式的晾衣架大大避免了那些操作麻烦方面的问题。它的工作方式是，各个相应的检测模块在获取到这个时候的温湿度或者光的强度后会把自己获取的东西发送给单片机，单片机会发送相对应的信号来驱使电动机进行转动，实现晾衣服的功能。燕京理工学院毕业设计（论文）4第 2 章 系统总体设计第 2.1 节 总系统设计框图本设计使用 STC89C51 单片机，同时再通过温湿度传感器和光敏电阻等装置来配合来检测外界的环境变化，把他们自己获取的信息发送给单片机，再使单片机来驱使电机转动，完成智能晾衣功能，对于智能晾衣架的总体设计框图如图 2.1 所系统总体控制框图示：图 2.1 系统总体控制框图第 2.2 节 系统组成概述系统主要由：控制系统核心、湿度检测模块、光强检测模块、电机驱动模块、直流电机、拨码开关模块和显示模块。控制系统核心作为系统的控制核心和数据处理中心；湿度检测模块用来采集环境湿度信号；光强检测模块用来采集环境光强信号；电机驱动模块用来功率放大驱动电机正反转，进而带动晾衣架做伸出或缩回运动；拨码开关模块是用来设置系统工作模式，并在手动工作模式下，设置晾衣架的伸出或缩回；显示模块用来显示湿度数据、光强情况、晾衣架状态等内容。第 2.3 节 控制系统核心选择方案一：采用 STC89C51 作为系统的控制器。STC89C51 是一种性能好、功温湿度传感电路光敏传感电路单片机最小系统电机驱动报警电路晾衣架执行机构燕京理工学院毕业设计（论文）5耗低的 8 位结构的微处理器，其内部配置了系统可编程的 8K 的 Flash 存储器3。该芯片性能稳定、抗干扰能力强；并且能够灵活的编程和设计，在很多的工业控制现场和嵌入式系统中都可以非常有效的担任控制任务。方案二：采用 FPGA 作为系统的主控制器。FPGA 的功能非常强大，对于很多具有复杂逻辑功能的控制系统均可作为系统的核心；并且开发的系统具有较小的体积、极高的集成度、极强的稳定性、丰富的硬件资源、扩展易实现、处理速度快，通常用于控制功能复杂、控制要求较高的控制系统中，但该控制器价格很高、编程较单片机复杂很多。本系统逻辑功能简单，仅仅需要读取传感器和拨码开关信号、控制电机、控制显示屏，对控制器的数据处理能力要求不是很高，STC89C51 单片机完全能达到控制要求，从性价比方面考虑选择方案一。第 2.4 节 湿度检测模块选择方案一：采用 DHT11 传感器采集湿度，该传感器集测温、测湿度为一体，输出为数字量信号，数字量信号以经内部校准。传感器采用专业的集成数字传感器技术，其具有极高的稳定性和极强的可靠性 4