【《基于单片机的智能户外晾衣架设计》14000字（论文）】

第[20]。正是因为输出了一个固定的信号，因此内部时钟地输出脉冲为允许发送到外部或用于数据同步。它还可以用于控制输入到外部可编程寄存器（PROG）的脉冲，并且每次访问外部数据存储器时ALE脉冲都会自动跳过。将8EH器件的位置D1放置在特殊功能寄存器区（SFR）中将禁用ALE输出。该指令只有在单片机执行MOVX；ALE时以及将MOVX取消时有效。假设有效的ALE被微处理器无法执行取消时。则该位将被视为无效。PSEN：外部程序所读取的普通信号就是PSEN（外部程序数据存储允许）输出信号如果系统访问外部程序存储器（或访问外部数据），则每个操作系统的操作周期有效地产生两个输出脉冲。数据存储器被外部数据访问时，PSEN的输出信息将不会出现。 EA/VPP：此引脚允许外部程序访问。如果使用CPU仅需要一个内存即可用于访问外部程序（输入地址000H-FFFFH），则需要使用一个引脚将EA的端子保持在电路的低电平（接地）。在加密闪存模式1中，EA在内部闪存中锁定为重置状态。如果EA的输出保持在高电平（连接到VCC），则它只能在内部程序存储器中执行一条指令。该引脚和12V编程存储器可为外部闪存编程提供电源（VPP）。时钟振荡器：单片机内部的两个时钟振荡放大器会产生高增益反向脉冲，XTAL1和XTAL2分别是放大器为单片机使用外部的石英或陶瓷脉冲谐振器作为时钟反馈脉冲反向的放大器的输入输出端。51单片机的内部时钟功能振荡器的结构图如图3-2所示：图3-2单片机内部功能结构3.2单片机最小系统复位保护电路和晶体振荡器控制电路共同构成了微控制器最小功率控制系统，主要的功能之一就是在其正常工作期间将单片机的运行速度保持在稳定的状态。在发生重大故障情况下，微控制器可以通过自身的复位保护电路执行按键保护操作，从而达到保护电路的目的。正常情况下，复位电路输入保持低电平，输出保持高电平。基本时钟电路输入两端分别接入外部牵引电容（30pf/20pf），目的是减小电路的斜率并对单片机起到稳定的作用。P0端口作为IO输出口的时候本身不能输出高电平，为了保证单片机能够正常工作需要外加一个上拉排阻给负载提供电流[21]。单片机最小系统原理图如图3-4所示:图3-3单片机最小系统原理图3.3湿度检测模块电路DHT11温湿度的诞生就是为了检测空气中温湿度，它的灵敏性；准确性；可靠性都非常好。由于本设计只使用到它湿度检测的功能，所以只是了解的它湿度检测是如何检测，并且了解如何设计此部分的模块电路。单线串行接口是DHT11温湿度传感器接口方式，采用这种设计方式就是为了让用户能够简单使用此产品，DHT11传感器只有4个外接的排针，设计简单，使用方便，能够满足客户需要各种特殊包装格式[22]。电源电压：其正常的工作电压是3V至5.5V，工作之前需要等几秒钟。原因是为保证不会发送任何错误的指令[23]。串行接口：DATA是以单总线数据的传输方式，这是连接单片机和温湿度传感器传输信号的端口。数据传输的周期为4ms左右，详细格式在下面说明，现在读取出为零。是以高位向低位输出，这个是40bit的数据输出的完整流程。8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数+8bit温度小数数据+8bit为数据输出模式。通过检验和传输正确都是去数据最后末位8位[24]。当传感器接到外部采集数据的信号后，传感器就会从低能耗模式进入高速高速模式，主机发出开始的信号后，传感器会接到信号也将会发出对应的响应信号，与此同时也输出40bit的数据，接着完成第一次的信息采集工作，分别开始读取整数和小数部分的数据[24]。在这个状态下，传感器收到开始的信号会自动进入温湿度采集工作，如果系统不发出开始的信号，传感器无法工作。而传感器的信号采集模式也会停止在低能耗模式，过程如图3-4通信过程（1）所示：图3-4通讯过程（1）整个总线的工作状态为停止模式电平就处于高电平状态，主机会等待传感器的响应将总线的电平拉低，为了能够准确启动传感器的检测信号，总线需要等待时间超出18ms，主机向传感器发出信号后，就会相应的发出80μs低电平的的信号，当过了20μs后，主机往DHT11传递信号，就是在DHT11接到感应信号后。就能转换模式为高电平模式，只要总线将电阻上拉就行了，进程如图3-5通信过程（2）所示：图3-5通讯过程（2）总线被拉高了80us，然后DHT11回应响应信号，就表示总线收到了低电平信号，数据就会被传递，数据位是0表示的越长的高电平，反之表示数据位是1（如图3-6数字0信号表示方法，图3-7数字1信号表示方法）被读取的信号的是高电平，所读出的信号就是高电平。因此数据都是按50μs的低电平时序输出。传感器的没有发生响应的话，就是可能电路出现问题了。当bit数据的最后的完成传输后，传感器会总线把拉低至50μs，最终整个总线的上拉电阻会进入闲置状态。图3-6数字0信号表示方法图3-7数字1信号表示方法DHT11温湿度传感器就是采用单线串行接口的方式。所以与51单片机的连接方式也十分的简单，P2.0就是数据端口也是单片机的P2.0的引脚。连接传感器的Pin2

(单总线，串行数据)。本设计电路测量范围小于二十米，需要在此加上10k的上拉电阻，为此会在传感器的pin2口与电源之间加上一个10k电阻，而传感器的电源端口Pin1和Pin4分别接单片机的VDD和GND端。传感器的第三脚悬浮放置。DHT11传感器原件的典型应用电路图和电路原理图如下3-8和3-9所示：图3-8DHT11典型应用电路图3-9DHT11传感器原件的电路原理图3.4光强检测模块电路光强检测电路如图3-10所示。光敏电阻R18和电阻R23串联在一起构成一个串联分压的电路。光敏电阻在光照强度的影响下，会发生变化。户外光照强度越强，光敏电阻阻值就会下降，反之，光照强度越弱，电阻值就会上升。由于串联分压的作用，光敏电阻上的电压会随着电阻值的变化而发送变化，输出的电压就是模拟量信号，只要将电路进行处理就能输出到单片机端P1.0口读取[25]。由光敏电阻的输出的电压将会与两个电压比较器相互比较输出得到两个电平信号，输出的电压高于阀值，表示光照强度比较强，若低于阀值，表示光照强度比较弱，这样做的目的就是防止当电压在靠进阀值时发生电平信号震荡的问题，保证只使用一个阀值的标准。在L电压比较器的两个正负的接收端会收到光敏电阻的的输出的电压信号，电压比较器就可以调节的电压阀值上下限，就是因为有电阻R23和R22电阻的作用，为保证电路能稳定的工作，还需要在电压比较器的输出端加一个电阻分压，当电压比较器输出高电平时，就表示其正端输出电压高于负端输入电压；反之，输出低电平时，其负端输入电压高于正端输入电压。最后单片机的P1.0口将会接收到电压比较器的输出的电平信号，此过程完成单片机就能扫描获得外界的光照强度信息了。图3-10光敏电阻原理图3.5雨滴检测模块电路雨滴传感器有两个引脚，1脚接地，2脚串联2M的电阻连接至VCC端，LM393电压比较器IN脚串联10k的滑动变阻器连接至VCC端，这样串联的目的就是为保证雨滴传感器正常工作[26]。VCC端串联10k的电阻连接与电压比较器的OUT脚作为信号脚。另一端连接至单片机P3.3引脚进行信号传输，输出高低电平[27]。传感器上沾有水滴，就会输出高电平。把水滴擦掉，输出低电平。然后通过电压比较器实现信号传递。雨滴传感器原理图如图中3-11中所示，图3-11雨滴传感器原理图3.6直流电机驱动电路整个系统的设计为节约成本采用两个微型继电器来控制直流电机的正反转。其原理就是切换电机的换向电流，就能达到正反转的目的了。两个继电器的触发是用两个PNP型的三极管来控制的，继电器没有通电时。继电器的弹簧和衔铁维持原状，常闭触点继续保持闭合，常开触点继续保持断开。继电器通电后，线圈通电产生电磁效应，衔铁弹开，常闭触点断开，常开触点闭合。单片机在P3.0端输入一个低电平和P3.5端输入一个高电平，继电器Q1常闭触点断开，常开触点闭合，由继电器Q2常闭触点端输入正向的电流，驱动直流电机正转。反之，单片机在P3.0端输入一个高电平和P3.5端输入一个低电平，继电器Q2常闭触点断开，常开触点闭合，继电器在Q1常闭输入反向电流。驱使电机反转。若单片机P3.0和P3.5同时输入同样高低电平，电机将不转，就是通过这样的方式控制晾衣架的伸出，收回和停止。直流电机驱动原理图如图中3-12中所示。图3-12直流电机驱动原理图3.7遥控模块设计在此模块中SC2272是通用的解码芯片，是无线接收的重要芯片，与遥控上的SC2262编码芯片相互配对，因此SC2272能够接收的遥控器发出的信号，当状态模式切换按钮被按下，电源端VCC就会给接收模块与315MHz供电，在此状态下，遥控器就可以按下衣架伸出和收回的按钮输出控制信号，再按一次状态切换按钮，遥控器电池断电，电源控制端M2也停止给无线接收模块供电。单片机也能清晰的接收到低电平，在接收到信号时，NPN三极管将SC2272芯片输出的高电平转化为低电平，单片机P1.1脚接收到电平信号后，经过P3,0脚和P3.5脚输出高低电平控制电机正反转，达到伸衣架和收衣架的目的[28]。无线接收模块原理图如图中3-12中所示图3-12无线接收模块原理图4控制系统软件设计4.1C语言程序设计C语言是计算机才能识别的语言，这是程序设计语言中的一种，C语言的优点是同时具备计算机语言和高级的特点，C语言1972年产生于美国，它是由贝尔研究所的D.M.Ritchie推出的[29]。经过不断的演化，各个类型的计算机都能识别C语言，它既能正常编写系统也能写成控制程序代码，也能成为设计程序的应用语言。C语言的用途非常的大，处理数据的能力很强，C语言常被用于编程。C语言是最简洁明了的语言，不受计算机其他外部条件的影响，例如计算机的硬件，开发的时间非常短。应用在单片机的程序开发上非常的合适，C语言还能分模块化设计，这样可以直接调用一些控制功能和算法的程序块[30]。在检查程序错误时也容易发现问题。极大减少开发程序的时间。4.2软件流程框图整个设计的软件系统设计都是采取模块化的，这样做的目的在程序编译和测试时比较简单快捷，出问题比较找出原因[31]。按照设计的功能要求和设计的条件进行表述，软件的设计控制核心就是单片机，则本设计的软件程序流程框图如图4-1所示；是系统是否是智能模式关闭按钮是否按下打开按钮是否按下光线明暗湿度高低是否下雨亮，湿度低，晴天是系统是否是智能模式关闭按钮是否按下打开按钮是否按下光线明暗湿度高低是否下雨亮，湿度低，晴天暗，湿度高，雨天伸出晾衣架收回晾衣架伸出晾衣架收回晾衣架伸出限位开关是否闭合收回限位开关是否闭合停止动作结束是否开始是是否否否是否否否是是4-1程序流程框图4.3系统程序设计本设计的软件程序是由主程序和子程序两部分程序组成，电源给系统供上电，系统开机，软件程序开始检测系统是否处在智能模式，若程序检测到状态切换按键已经按下，就表示已经切换到遥控模式了，在遥控模式下，按下衣架伸出的按钮，则系统上的蓝灯发亮，检测衣架是否触碰到限位开关，碰到了蓝灯和蜂鸣器分别亮三次和响三次电机就停止，没有触碰到限位开关电机会继续反转；假设没有再按一次伸出按键，软件就会继续检测收回的按键是否有按下，若按下收回的按钮，则系统的黄灯就会发亮电机反转，检测衣架是否触碰到限位开关，触碰到限位开关的话黄灯和蜂鸣器亮三次响三次电机停止，不触碰限位开关和电机继续正转；检测状态是在智能模式下，就需要外部检测模块检测户外的环境信息传递单片机中，程序会自动判断户外的环境湿度高低，天气是否下雨，光照强度的强弱，若是湿度低于80%；天不下雨；户外光照变强，晾衣架就回伸出。触碰则蓝灯和蜂鸣器亮三次响三声电机停止，没有碰到限位开关，电机继续反转；假如没有满足其中任何一个条件湿度低于80%；天不下雨；光照强。电机都会正转收回，触碰到限位开关的话黄灯和蜂鸣器亮三次响声电机停止，不触碰限位开关和电机继续正转。4.4系统初始化软件程序设计函数头文件的命名如：#include<reg51.h>，#include<absacc.h>等，使用湿度传感器，对于湿度的检测只采用单总线数据方法，对应操作流程都有非常严格的顺序安排的。刚启动的单片机的会输出一个复位的脉冲信号,用这个脉冲信号的目的就是让传感器芯片进入复位状态。整个系统会需要编码的湿度芯片激活，就是执行ROM等操作命令后。然后，它将等待储存器发出访问请求的状态[32]。具体系统程序初始化如图4-1；4-2；4-3：4-1程序初始化图4-2程序初始化图4-3程序初始化图4.5温湿度检测用DHT11温湿度传感器检测湿度，湿度传感器的指令读写和输出都是按单总线的传递，单片机给输出一个复位信号使得湿度传感器进入复位状态，传感器接到指令后，传感器会进入被激活的状态，传感器内部会自动完成湿度的读取和装换的工作，图4-4为测湿度子系统流程图。系统复位系统复位发匹配ROM指令发64位ROM码发温湿度转换命令系统复位读数据至内存发读暂存命令发64位ROM码发匹配ROM指令完成转换？是返回否图4-4湿度检测流程图

5系统调试与改进5.1调试与改进系统初步完成，检测单片机是否能够控制直流电机的正反转。调试各检测环境的传感器是否正常的收集到周围环境的信息反馈至单片机。若未能达到电机的正反转控制和环境的检测信息收集。就不能达到预期的效果。那就需要对整个系统的软件和硬件进行逐一分析排查问题所在作出适当的修改，直到达到预期的效果为止。设计该系统的主要思想是首先要明确系统必须完成的功能，然后了解实现每个功能所需的硬件和软件以及形成的集成电路，最后确定如何将每个电路模块构成整个系统。设计过程中遇到的问题及解决方案：1.在复位电路原理设计示意图中，当复位控制电路再次按下复位按钮时，RST（9脚）仍然是处于一个高电平；复位电容值及其实际下拉电阻值必须分别用相对较低的下拉电阻和电容代替。2.对于微控制器芯片（电源）的应用，必须进行电源滤波处理；在电源两端分别接入≥47uF电解电容和一个0.1uF的小电容。软件程序方面设计了关于各个传感器的相应程序；主程序和子程序相互配合，程序也采取分模块化的设计，这样便于分析出软件程序方面存在的问题，大大节省了在软件程序开发编写的时间，逻辑清晰，条理清楚。通过收集信息改进程序后，编译没有语法错误和警告，表示软件设计得已改进。5.2运行结果为了获得预期的结果避免虚焊和漏焊，使用万用表来检测电路的导电性，并且逻辑程序也都仔细检查并未发现故障。接通电路电源，分别测试直流电机正转，反转。传感器检测环境信息。观察整个系统的运行状态。系统仿真使用的是keil4，该软件功能强大，经过多代的优化改良，已经可以将窗口控制系统应用于软件上，提高了窗口可操作性，可以任意移动窗口，为使用人员提供了高效的应用环境，keil4软件窗口界面图如5-1所示[32]图5-1keil4窗口界面图将系统调试完成，进行了仿真操作往下展示调试的仿真效果图图5-2表示系统初步未开始仿真的仿真效果图。图5-2系统仿真图图5-3是表示湿度加到88%，超过湿度阀值，电机收回晾衣架的仿真图图5-3系统的湿度加至88%仿真图图5-4是表示湿度减到66%，低于湿度阀值，电机伸出晾衣架的仿真图图5-4系统的湿度减至66%仿真图图5-5表示雨滴传感器模拟检测到水滴，电机收回晾衣架的仿真图图5-5雨滴传感器上有水滴电机收回仿真图图5-6表示与雨滴传感器模拟没有检测到水滴，电机伸出晾衣架的仿真图图5-6雨滴传感器上有水滴电机收回仿真图图5-7表示光敏电阻检测到光线强，电机伸出晾衣架的仿真图图5-7光敏电阻检测光线强电机伸出晾衣架图5-8表示光敏电阻检测到光线弱，电机收回晾衣架的仿真图图5-8光敏电阻检测光线弱电机收回晾衣架图5-9表示切换为遥控模式。图5-9遥控模式仿真图图5-10表示按下伸出晾衣架按键，电机伸出晾衣架仿真图。图5-10遥控控制伸出晾衣架仿真图图5-11表示按下收回晾衣架按键，电机收回晾衣架仿真图。图5-11电机收回晾衣架仿真图图5-12表示智能户外晾衣架的实物图。图5-12智能户外晾衣架实物图6结论时代在蓬勃的发展，人们也在迎接智能化时代到来，智能家居的模式已经走入了人们的生活。为人们提供许多的便利，根据人们生活需求设计了这款智能户外晾衣架，解决了人们晾衣因为天气变化不能及时收衣服的烦恼。设计这款智能户外晾衣架，可以解决上班族没有多余的时间和精力来管理晒在户外衣服的问题，此设计最重要的安装了湿度传感器；雨滴传感器；光敏电阻检测户外天气环境因素，可以正常规避不良天气对晒衣服影响的问题。单片机在整个系统中担任控制整个系统处理信息的作用。控制其他的外部电路模块一起关注。而且这款晾衣架还能切换模式，分为智能模式和手动模式，只需要使用遥控器就能在两个模式之间切换，当天变傍晚阴天；下雨；早上起雾（湿度大）。微处理器接到各个传感器发出的环境信息，就输出控制信号控制电机收回晾衣架。如果白天气晴朗，不下雨，检测模块检测户外天气环境晒衣服条件好，单片机就控制电机伸出晾衣架晒衣服。但凡有傍晚阴天；下雨；起雾（湿度大）其中的一个不利因素存在晾衣架都不会伸出。虽然此次设计已经完成其要求的功能，运行也挺不错的。但也因自己是第一次设计，各方面的经验不足，实践能力不够强。在设计的过程中碰到了很多的难题，不能够快速的解决问题。如：（1）在实物调试时发现温湿度传感器检测湿度，经过万用表多次检测下，发现通讯口引脚虚焊了，无法将数据传输至单片机，所以显示不出来。（2）在实物调试时通电后，发现光敏电阻烧了，由于由于不够仔细，没有在光敏电阻电路串上限流电阻。（3）在调试时还发现一些电气元件极弄反了，导致电路不通。经过不断改进和完善，把所有的问题都一一解决后，设计也就达到预期的效果和功能要求，该设计还具有这样的优点：（1）系统有两种模式轮流转换，分为智能模式和手动模式。更具人性化。（2）本设计的体积小，材料成本便宜，操作简单。（3）该设计检测的环境因素广，能够避免很多不良天气环境因素的影响。因为个人能力有限，该设计还存在着很多的问题，需要继续改进。列举以下两点继续改进：（1）应用到实际生活，要为智能户外晾衣架设计合适的机械传动结构，而且更换功能更强大的电机控制晾衣架伸出，收回，停止的动作。（2）当收回衣架后，增加自动烘干的功能。本次课题主要以单片机搭配传感器检测环境信息控制电机正反转设计。首先我明确次设计具体需要实现哪几个功能，然后通过查阅相关文献和资料了解该系统实现功能所需的硬件模块与逻辑程序。总的来说，设计分析的思路、整理逻辑专业能力是完成这一阶段的重要步骤。从一开始我就很明确自己想要实现的功能——传感器监控户外环境信息反馈至单片机控制电机正反转，这使得我至始至终都有一个明确的方向，然后不断的根据这个方向钻研同时搜集大量相关资料。通过不断的努力，功夫不负有心人，基于单片机的智能户外晾衣架系统终于诞生了，并达到了预期的期望值。这是本科学习阶段一次非常难得的理论和实际相结合的机会。通过这次步进电机的分析研究，我的专业知识综合运用能力、解决实际工作问题的能力得到了锻炼。虽然此次设计基本实现了预期的功能，但是也存在着许多不足，例如：在汇编程序的时候运用的都是最繁琐、最基础的逻辑语句，未能达到语句精炼。这一点说明我们的学习不仅应基于书籍，而且应将它们与实践相结合，解决理论和实践教育的实际问题。用自己的双手解决问题比解决大脑问题更为深刻。这其实是我们都希望看到的，也正是我们进行理论与实际结合的目的所在。参考文献[1][2]张杨.晾衣架产品的分析研究与开发[D].2015.[3]崔艺.面向网络化移动机器人的深度预测控制[D].2019.[4]陆猛,陈国荣,朱斌魁,等.智能环境感知晾衣架的设计与实现[J].物联网技术,2017,08(v.17;No.95):59-61.[5]洪泽宇.一种智能晾衣架:.[6]周静红.关于智能晾衣架的市场调研及分析报告[J].河北农机,2015,000(010):43-44.[7][8][9]王琪,许应风.基于单片机的智能晾衣架设计[J].现代计算机,2017(28):62-66.[10]韩丹翱,王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].