基于單片機(jī)的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).doc

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基于單片機(jī)的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 董陽(yáng) 通信工程專業(yè)　通信1301班　學(xué)號(hào)130250004 指導(dǎo)教師　李麗芬副教授 摘　　要 現(xiàn)在都市的生活越來(lái)越忙，很多人都沒(méi)有時(shí)間和精力來(lái)管理一些細(xì)節(jié)上的東西，比如，在合適的陽(yáng)光溫度時(shí)間內(nèi)晾曬衣服。針對(duì)這來(lái)問(wèn)題我們開(kāi)始了研究，通過(guò)對(duì)智能晾衣架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的不斷探究，得到了比較好的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)使用DHT11溫濕度傳感器、光敏電阻等元件，對(duì)環(huán)境的變化進(jìn)行檢測(cè)，然后再將測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給STC89C51單片機(jī)，單片機(jī)的核心板再對(duì)所測(cè)量的溫濕度和光線的強(qiáng)弱進(jìn)行判別，驅(qū)使電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，達(dá)到智能晾曬衣物的目的。在溫濕度檢測(cè)方面使用的是DHT11傳感器模塊，該模塊將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果濕度超越過(guò)設(shè)定值，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)回收晾衣架，發(fā)送脈沖信號(hào)來(lái)控制電機(jī)收回晾衣架。針對(duì)光照強(qiáng)度方面的檢測(cè)我們選擇使用光敏電阻，光照強(qiáng)度的改變會(huì)使電阻阻值產(chǎn)生相應(yīng)的變化，單片機(jī)將變化后的阻值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，如果超過(guò)設(shè)定值，則控制電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，使衣架收回，從而實(shí)現(xiàn)智能晾衣服的目的。 關(guān)鍵詞：智能　STC89C51　DHT11 Design and Implementation of Intelligent Clothes Hanger Control System Based on Single Chip Microcomputer Abstract Now 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 目　　錄 前　　言 1 第1章　緒論 2 第1.1節(jié)　選題背景 2 第1.2節(jié) 研究方法及目的 2 第1.3節(jié)　研究意義 3 第2章　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 第2.1節(jié)　總系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 4 第2.2節(jié)　系統(tǒng)組成概述 4 第2.3節(jié)　控制系統(tǒng)核心選擇 4 第2.4節(jié)　濕度檢測(cè)模塊選擇 5 第2.5節(jié)　遙控電路設(shè)計(jì) 5 第2.6節(jié)　遙控發(fā)射模塊參數(shù) 6 第2.7節(jié)　光強(qiáng)檢測(cè)模塊選擇 7 第2.8節(jié)　電機(jī)模塊選擇 7 第２.9節(jié) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 8 第3章　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 第3.1節(jié)　單片機(jī)的介紹及其工作系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 第3.2節(jié)　溫濕度傳感器電路 14 第3.3節(jié)　光敏檢測(cè)電路 17 第3.4節(jié)　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 19 第4章　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 第4.1節(jié)　程序流程圖 21 第4.2節(jié)　程序設(shè)計(jì) 22 第4.3節(jié)　系統(tǒng)初始化 22 第4.4節(jié)　溫濕度檢測(cè) 25 第5章　系統(tǒng)整體調(diào)試 27 第5.1節(jié)　系統(tǒng)仿真演示 28 第5.2節(jié) 硬件實(shí)物的焊接 33 結(jié)　　論 37 附　　錄 39 參考文獻(xiàn) 41 致　　謝 42 前　　言 科技是第一生產(chǎn)力科技的進(jìn)步推動(dòng)著人類生活的進(jìn)步，人們對(duì)生活也開(kāi)始不斷的追求智能化，這種形式促使各國(guó)也在家具智能方面開(kāi)始了深入的研究。人工智能化的產(chǎn)生以及運(yùn)用使人們對(duì)家電、照明、窗簾管理控制和防盜報(bào)警等智能化方面的研究更進(jìn)了一步，促使人們生活向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各項(xiàng)人工智能的家具中針對(duì)晾衣工具這個(gè)方面的研究我國(guó)并沒(méi)有得到很大中的重視和研究，甚至可以用沒(méi)有什么改變來(lái)形容，所以其市場(chǎng)研究?jī)r(jià)值很高，十分利于我們開(kāi)發(fā)研究。 現(xiàn)在在我國(guó)大多數(shù)普通用戶生活中，很少會(huì)存在能夠隨著外界環(huán)境改變而硬件自身夠功進(jìn)行變化的智能晾衣架，從而達(dá)到自動(dòng)收縮或者伸展晾衣架的目的。常見(jiàn)的普通晾衣架在實(shí)際生活活中并不是很人性化幫助人們生活便利，并且很多常見(jiàn)的問(wèn)題不能夠解決。例如，我們工作不在家時(shí)，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能夠及時(shí)回收而導(dǎo)致重洗；晚上因?yàn)榧影嗖荒軌蚧丶?，晾曬的衣服也不能夠及時(shí)回收造成損失，并且在酷熱夏日，我們因?yàn)楣ぷ鞣泵Φ脑蛲ǔ?huì)導(dǎo)致把洗好的衣物晾曬在室外一整天，而不能及時(shí)收回。假設(shè)我們不在家，但是在夏天的正午時(shí)候不能夠把衣物回收到屋子里，導(dǎo)致衣物暴曬，這樣的現(xiàn)象在我們平時(shí)的生活中最為常見(jiàn)，所以普通的晾衣架對(duì)我們的衣物傷害極大。 雖然在國(guó)際上有很多大的廠家對(duì)智能晾衣架有一定的研究，但是他們所研究量產(chǎn)的智能晾衣架大都是半智能化的，用戶只能經(jīng)過(guò)電路按鍵等控制方式使衣物達(dá)到垂直升降晾曬衣服的目的?；谶@一現(xiàn)狀我的設(shè)計(jì)思路是使用DHT11溫濕度傳感器和光傳感器來(lái)檢測(cè)室外的天氣溫度和光照的情況，然后得到當(dāng)下天氣信息，這些信息再由傳感器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)再通過(guò)脈沖信號(hào)使電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到智能曬衣物的目的。  第1章　緒論 第1.1節(jié)　選題背景 科技是第一生產(chǎn)力科技的進(jìn)步推動(dòng)著人類生活的進(jìn)步，人們對(duì)生活也開(kāi)始不斷的追求智能化，這種形式促使各國(guó)也在家具智能方面開(kāi)始了深入的研究。人工智能化的產(chǎn)生以及運(yùn)用使人們對(duì)家電、照明、窗簾管理控制和防盜報(bào)警等智能化方面的研究更近了一步，促使人們向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各項(xiàng)人工智能的家具中針對(duì)晾衣工具這個(gè)方面的研究我國(guó)并沒(méi)有得到很大中的重視和研究，甚至可以用沒(méi)有什么改變來(lái)形容，因此智能晾衣架也有很大發(fā)展空間，其市場(chǎng)研究?jī)r(jià)值很高，并且漸漸的這種生活模式將會(huì)吸引社會(huì)的很大關(guān)注。 第1.2節(jié) 研究方法及目的 1.2.1研究目的 現(xiàn)在在我國(guó)大多數(shù)普通用戶生活中，很少會(huì)存在能夠隨著外界環(huán)境改變而硬件自身夠功進(jìn)行變化的智能晾衣架，從而達(dá)到自動(dòng)收縮或者伸展晾衣架的目的。常見(jiàn)的普通晾衣架在實(shí)際生活活中并不是很人性化幫助人們生活便利，并且很多常見(jiàn)的問(wèn)題不能夠解決。例如，我們工作不在家時(shí)，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能夠及時(shí)回收而導(dǎo)致重洗；晚上因?yàn)榧影嗖荒軌蚧丶遥罆竦囊路膊荒軌蚣皶r(shí)回收造成損失，并且在酷熱夏日，我們因?yàn)楣ぷ鞣泵Φ脑蛲ǔ?huì)導(dǎo)致把洗好的衣物晾曬在室外一整天，而不能及時(shí)收回。假設(shè)我們不在家，但是在夏天的正午時(shí)候不能夠把衣物回收到屋子里，導(dǎo)致衣物暴曬，這樣的現(xiàn)象在我們平時(shí)的生活中最為常見(jiàn)，所以普通的晾衣架對(duì)我們的衣物傷害極大。 雖然在國(guó)際上有很多大的廠家對(duì)智能晾衣架有一定的研究，但是他們所研究量產(chǎn)的智能晾衣架大都是半智能化的，用戶只能經(jīng)過(guò)電路按鍵等控制方式使衣物達(dá)到垂直升降晾曬衣服的目的，但是這樣的設(shè)計(jì)并不能完美的晾曬衣服并且讓其對(duì)衣服無(wú)損傷，通過(guò)用單片機(jī)為核心的設(shè)計(jì)可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為，單片機(jī)經(jīng)過(guò)DHT11溫濕傳感器來(lái)獲取當(dāng)下天氣情況，當(dāng)室外的溫度或濕度為系統(tǒng)設(shè)定數(shù)值的時(shí)候，單片機(jī)會(huì)發(fā)送信號(hào)驅(qū)使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，來(lái)完成智能晾曬衣服目的。另外，在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中當(dāng)傳動(dòng)桿接觸到位置開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)就會(huì)中止轉(zhuǎn)動(dòng)；在雨過(guò)天晴的時(shí)候陽(yáng)光會(huì)比較充足，此時(shí)光敏電阻會(huì)因?yàn)楣庹兆兓脑蚴棺陨碜柚诞a(chǎn)生變化，并將其變化信息發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)在程序的指引下對(duì)光照強(qiáng)度進(jìn)行判斷，然后發(fā)送脈沖信號(hào)給電機(jī)，使電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能晾衣。 1.2.2研究方法 （1）文獻(xiàn)法。由于本研究將會(huì)觸及到很多單片機(jī)方面的繪圖以及變成等方面的知識(shí)和技術(shù)，為了能夠更好的完成研究，所以需要對(duì)大量的期刊雜志等書(shū)籍進(jìn)行瀏覽、整理和分析。這樣做能夠快速而且有效的獲得大量對(duì)本研究由有利的信息和材料，因此成為研究方法不可缺少的部分。 （2）觀察法。合理的觀察對(duì)研究有很大的幫助，這種研究方法具有很強(qiáng)的目的性和計(jì)劃性，在實(shí)驗(yàn)中往往能達(dá)到意想不到的效果，從而開(kāi)辟人們的思路，招致新的發(fā)現(xiàn)，因此也成為研究方法不可缺少的部分。 第1.3節(jié)　研究意義 按照現(xiàn)階段的晾衣架開(kāi)發(fā)情況，本設(shè)計(jì)方法能夠把人們從原始的晾衣操作方法中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能生活化。這種智能晾衣架除了人工智能外還有其他的優(yōu)點(diǎn)，例如占地面積相對(duì)其他的晾衣架而言較小，并且它的操作方法也特別簡(jiǎn)單，能夠通過(guò)遙控來(lái)實(shí)現(xiàn)人工伸展和收回，它的外觀也有很高的美觀性。相對(duì)其他晾衣架而言這種設(shè)計(jì)方式的晾衣架大大避免了那些操作麻煩方面的問(wèn)題。它的工作方式是，各個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)模塊在獲取到這個(gè)時(shí)候的溫濕度或者光的強(qiáng)度后會(huì)把自己獲取的東西發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)發(fā)送相對(duì)應(yīng)的信號(hào)來(lái)驅(qū)使電動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)晾衣服的功能。  第2章　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 第2.1節(jié)　總系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)使用STC89C51單片機(jī)，同時(shí)再通過(guò)溫濕度傳感器和光敏電阻等裝置來(lái)配合來(lái)檢測(cè)外界的環(huán)境變化，把他們自己獲取的信息發(fā)送給單片機(jī)，再使單片機(jī)來(lái)驅(qū)使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成智能晾衣功能，對(duì)于智能晾衣架的總體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所系統(tǒng)總體控制框圖示： 溫濕度傳感電路 晾衣架執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 光敏傳感電路 報(bào)警電路 圖2.1 系統(tǒng)總體控制框圖 第2.2節(jié)　系統(tǒng)組成概述 系統(tǒng)主要由：控制系統(tǒng)核心、濕度檢測(cè)模塊、光強(qiáng)檢測(cè)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、直流電機(jī)、撥碼開(kāi)關(guān)模塊和顯示模塊?？刂葡到y(tǒng)核心作為系統(tǒng)的控制核心和數(shù)據(jù)處理中心；濕度檢測(cè)模塊用來(lái)采集環(huán)境濕度信號(hào)；光強(qiáng)檢測(cè)模塊用來(lái)采集環(huán)境光強(qiáng)信號(hào)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊用來(lái)功率放大驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)晾衣架做伸出或縮回運(yùn)動(dòng)；撥碼開(kāi)關(guān)模塊是用來(lái)設(shè)置系統(tǒng)工作模式，并在手動(dòng)工作模式下，設(shè)置晾衣架的伸出或縮回；顯示模塊用來(lái)顯示濕度數(shù)據(jù)、光強(qiáng)情況、晾衣架狀態(tài)等內(nèi)容。 第2.3節(jié)　控制系統(tǒng)核心選擇 方案一：采用STC89C51作為系統(tǒng)的控制器。STC89C51是一種性能好、功耗低的8位結(jié)構(gòu)的微處理器，其內(nèi)部配置了系統(tǒng)可編程的8K的 Flash存儲(chǔ)器[3]。該芯片性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)；并且能夠靈活的編程和設(shè)計(jì)，在很多的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和嵌入式系統(tǒng)中都可以非常有效的擔(dān)任控制任務(wù)。 方案二：采用FPGA作為系統(tǒng)的主控制器。FPGA的功能非常強(qiáng)大，對(duì)于很多具有復(fù)雜邏輯功能的控制系統(tǒng)均可作為系統(tǒng)的核心；并且開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有較小的體積、極高的集成度、極強(qiáng)的穩(wěn)定性、豐富的硬件資源、擴(kuò)展易實(shí)現(xiàn)、處理速度快，通常用于控制功能復(fù)雜、控制要求較高的控制系統(tǒng)中，但該控制器價(jià)格很高、編程較單片機(jī)復(fù)雜很多。 本系統(tǒng)邏輯功能簡(jiǎn)單，僅僅需要讀取傳感器和撥碼開(kāi)關(guān)信號(hào)、控制電機(jī)、控制顯示屏，對(duì)控制器的數(shù)據(jù)處理能力要求不是很高，STC89C51單片機(jī)完全能達(dá)到控制要求，從性價(jià)比方面考慮選擇方案一。 第2.4節(jié)　濕度檢測(cè)模塊選擇 方案一：采用DHT11傳感器采集濕度，該傳感器集測(cè)溫、測(cè)濕度為一體，輸出為數(shù)字量信號(hào)，數(shù)字量信號(hào)以經(jīng)內(nèi)部校準(zhǔn)。傳感器采用專業(yè)的集成數(shù)字傳感器技術(shù)，其具有極高的穩(wěn)定性和極強(qiáng)的可靠性[4]。傳感器內(nèi)部設(shè)置了一個(gè)感溫元件和一個(gè)感濕元件，輸出為總線形式，可直接與單片機(jī)相連。該傳感器不僅性能十分優(yōu)越，價(jià)格也非常低廉，在很多低成本控制系統(tǒng)中被應(yīng)用。 方案二：采用HR202電阻型濕度傳感器，HR202濕敏電阻其核心感濕元件是一種新型的高分子材料，該材料具有很寬的感濕范圍，并且常見(jiàn)穩(wěn)定有效，可廣泛的應(yīng)用在倉(cāng)庫(kù)、大棚等需要檢測(cè)、控制濕度的系統(tǒng)中，但該傳感器不能直接通過(guò)直流驅(qū)動(dòng)，采集信號(hào)要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，因此電路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。 綜合考慮性能和讀取方式，DHT11雖然編程較為復(fù)雜，但其外圍電路簡(jiǎn)單，可通過(guò)單片機(jī)I/O口直接讀取，所以選擇方案一作為系統(tǒng)的濕度檢測(cè)模塊。 第2.5節(jié)　遙控電路設(shè)計(jì) 對(duì)于遙控方面所采用的模塊是SC2262和SC2272，它們用于遙控和接收，其中遙控電路圖如圖2.2所示： 圖2.2遙控電路 遙控器設(shè)計(jì)部分將使用12V電池對(duì)其進(jìn)行供電，當(dāng)按下按鍵后電池的正極才能夠使其芯片和發(fā)射模塊的電源端相互連通并發(fā)出信號(hào)，之所以有這樣設(shè)計(jì)是為了能夠更好地確保電池的耐用。 其中接收部分的電路圖如2.3接收電路所示： 圖2.3接收電路 接收電路輸出端經(jīng)過(guò)NPN三極管9013將輸出的高電平轉(zhuǎn)變成低電平，這樣的設(shè)計(jì)方便了單片機(jī)能夠更好的識(shí)別低電平變動(dòng)。 第2.6節(jié)　遙控發(fā)射模塊參數(shù) 1、通訊方式：調(diào)幅AM 2、工作頻率：315MHZ/433MHZ 3、頻率穩(wěn)定度：75KHZ 4、發(fā)射功率：≤500MW 5、靜態(tài)電流：≤0.1UA 6、發(fā)射電流：3～50MA 7、工作電壓：DC 3～12V 第2.7節(jié)　光強(qiáng)檢測(cè)模塊選擇 方案一：采用光敏電阻采集光強(qiáng)。光敏電阻的阻值受環(huán)境光強(qiáng)影響，隨光強(qiáng)不同，阻值也會(huì)隨之而改變。通過(guò)將電阻值轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)、再經(jīng)電壓比較器比較得到電平信號(hào)，得知外部環(huán)境光照的強(qiáng)弱[15]。光敏電阻價(jià)格極為便宜，只需簡(jiǎn)單的處理電路即可達(dá)到系統(tǒng)的要求。 方案二：采用GY-30采集光強(qiáng)。GY-30是一款數(shù)字光強(qiáng)檢測(cè)模塊，采用ROHM原裝BH單片機(jī)可以直接讀取，不需要開(kāi)發(fā)人員進(jìn)行標(biāo)定。該方案電路簡(jiǎn)單、可以采集準(zhǔn)確的光照強(qiáng)度，但編程非常復(fù)雜。 綜合考慮，系統(tǒng)中只要對(duì)光的強(qiáng)弱做作一個(gè)區(qū)分，并不需要采集出準(zhǔn)確的數(shù)值，從程序編寫(xiě)的難以程度上考慮，選擇方案一作為系統(tǒng)光強(qiáng)檢測(cè)模塊。 第2.8節(jié)　電機(jī)模塊選擇 方案一：利用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片是專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。每個(gè)L298中配置了兩個(gè)H橋電路，可能夠?qū)蓚€(gè)小型直流電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)運(yùn)行控制。芯片的使能端直接接在邏輯電壓的高、低上，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止；也能夠?qū)纹瑱C(jī)輸出PWM接在芯片的使能端上，通過(guò)改變PWM的占空比來(lái)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，用來(lái)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)中[6]。L298具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，在其可以驅(qū)動(dòng)電壓范圍內(nèi)，可以提供的最大驅(qū)動(dòng)電流是2A。L298還具有過(guò)熱保護(hù)和電流反饋檢測(cè)功能，是一種安全、可靠的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案。 方案二：利用控制繼電器組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，通過(guò)四個(gè)繼電器組成來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，并通過(guò)觸點(diǎn)動(dòng)作速度實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速[7]。這種實(shí)現(xiàn)方式電路簡(jiǎn)單，但是繼電器的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，并且頻繁的開(kāi)通、關(guān)斷會(huì)造成繼電器的壽命降低，可靠性較低。 綜合考慮，為增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性、提高性能，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇方案一作為系統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。 第2.9節(jié)　系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 在智能晾衣架的研究設(shè)計(jì)中，應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求： （1）簡(jiǎn)單性：智能晾衣架是為現(xiàn)在生活節(jié)奏快的上班一族設(shè)計(jì)，因此本設(shè)計(jì)必須操作簡(jiǎn)單，因?yàn)槊β狄惶斓纳习嘧迨遣辉敢庠谶@些小事上花費(fèi)精力。而且本設(shè)計(jì)就是為了解決生活小事，若是操作繁雜，這就與我們的初衷恰恰相反的，所以此設(shè)計(jì)必須操作簡(jiǎn)單。 （2）經(jīng)濟(jì)性：本設(shè)計(jì)擁有著大量的潛在市場(chǎng)，是能夠在家庭中應(yīng)用的。所以必須要設(shè)計(jì)合理。設(shè)計(jì)合理中經(jīng)濟(jì)性尤為重要，而且我們?cè)O(shè)計(jì)的是智能晾衣架，作為一個(gè)晾衣架本身功能來(lái)說(shuō)，就決定了本設(shè)計(jì)的產(chǎn)品價(jià)格就不能太高。并且，任何人都喜歡性價(jià)比高的產(chǎn)品。所以我們的設(shè)計(jì)應(yīng)該追求物美價(jià)廉。這就要求我們不僅要技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上也要更加合理。 （3）實(shí)用性：本設(shè)計(jì)是工具，因此我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)該多考慮一些實(shí)用功能，不能設(shè)計(jì)那些不實(shí)用的功能。本設(shè)計(jì)針對(duì)的是經(jīng)常在露天晾曬衣物的人群設(shè)計(jì)，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中也會(huì)做一些調(diào)整，添加實(shí)用的功能，減少冗雜而不必要的功能。 （4）安全、可靠性：因?yàn)橹悄芰酪录苁菓?yīng)用于家庭的，所以要保證其安全、可靠性。從電子元件、電路設(shè)計(jì)、材料的選用都應(yīng)注意提高其安全性與可靠性。  第3章　控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在之前總體設(shè)計(jì)完成之后，本章將會(huì)對(duì)控制系統(tǒng)硬件面進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包含STC89C51的概述和簡(jiǎn)介，DHT11溫濕度傳感器的使用簡(jiǎn)介，光敏檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)，還有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)，然后在根據(jù)系統(tǒng)性能的要求對(duì)其硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和完善。 第3.1節(jié)　單片機(jī)的介紹及其工作系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1.1 STC89C51特點(diǎn) STC89C51的主要性能[10]： 1、與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 2、1000次擦寫(xiě)周期 3、時(shí)鐘頻率0 ~ 35MHz的一般8051 0至420 MHz.實(shí)踐工作頻率可達(dá)48MHz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 4、低功耗空閑和掉電模式 5、STC89C516AD具備ADC功能。10 位精度ADC，共8 路掉電標(biāo)識(shí)符 引腳結(jié)構(gòu)如圖3.1STC89C51引腳結(jié)構(gòu)所示： 圖3.1 STC89C51引腳結(jié)構(gòu) STC89C51芯片內(nèi)部帶有8K字節(jié)Flash存儲(chǔ)器，其具有性能高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，俗稱單片機(jī)。該器件存儲(chǔ)器的制造技術(shù)是采用ATMEL高密度非易失性技術(shù)，和工業(yè)上的MCS-51的系列芯片具有完成相同的引腳配置和指令集。該芯片性能穩(wěn)定、具有很強(qiáng)的抗干擾能力；并且能夠靈活的編程和設(shè)計(jì)，在很多的工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)和嵌入式系統(tǒng)中都可以非常有效的擔(dān)任控制任務(wù)；并且該芯片價(jià)格超低，在許多的小型、低成本的控制系統(tǒng)中作為控制核心。 STC89C51單片機(jī)的功能特性：40個(gè)外部引腳，F(xiàn)lash閃速存儲(chǔ)器4k字節(jié)，內(nèi)部RAM1288位，輸入/輸出（I/O）口32個(gè)，中斷優(yōu)先級(jí)5個(gè)，中斷嵌套中斷2層， 16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器3個(gè)，全雙工串行通信口（UART）1個(gè)，看門(mén)狗（WDT）定時(shí)器，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。該芯片常見(jiàn)的封裝形式有：TQFP、PLCC和PDIP三種，用來(lái)滿足各種工作場(chǎng)合的需求[10]。其引腳圖（PDIP封裝形式）如圖3.1所示。 STC89C51單片機(jī)的引腳功能說(shuō)明： VCC：電源正端輸入。 VSS：接地。 RST：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位輸入。 EA/VPP：外部訪問(wèn)允許。“EA”是英文“External Access”的縮寫(xiě)，表示存儲(chǔ)外部程序代碼，為使能從0000H 到FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。 PSEN：是外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)開(kāi)始從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行程序時(shí)，該引腳會(huì)被激活，其周期是機(jī)器周期的一半，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，則不激活PSEN。 ALE：當(dāng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，該引腳將輸出脈沖，用來(lái)鎖存地址的低8位字節(jié)。 P0口（P0.0―P0.7）：P0口是一個(gè)8位雙向輸入/輸出（I/O）端口，其漏極開(kāi)路，每腳最多能夠驅(qū)動(dòng)的TTL邏輯電平為8個(gè)。在對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程操作時(shí)，指令字節(jié)通過(guò)P0口接收；而進(jìn)行校驗(yàn)程序時(shí)，指令字節(jié)通過(guò)P0口輸出，此時(shí)P0必須外部上拉電阻才能輸出高電平。P0.0表示第0位，也就是最低位；P0.1表示第1位；依此類推，P0.7表示第7位，也就是最高位。四組I/O口中只有P0口具有內(nèi)部無(wú)上拉電阻，其余I/O均在內(nèi)部配置上拉電阻，將I/O的電平拉高。P0在當(dāng)做I/O用時(shí)可以推動(dòng)8個(gè)LS的TTL負(fù)載。 P1（P1.0―P1.7）：P1口是一個(gè)8位雙向I/O端口，內(nèi)部配置了上拉電阻，P1口緩沖器最多能夠輸出或接收4個(gè)LS TTL門(mén)電流。若將P1口管腳寫(xiě)入1，則I/O口輸出高電平，表示該端口設(shè)置為輸入，可以讀取外部電平信號(hào)。 P2（P2.0―P2.7）：P2口是一個(gè)8位雙向I/O端口，其內(nèi)部配置了上拉電阻，每一個(gè)引腳最多能驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS的TTL邏輯門(mén)電路。若想將P2設(shè)置為輸入口，用來(lái)讀取外部電平信號(hào)，則需控制P2輸出高電平。 P3（P3.0―P3.7）：P3口和P1口，P2口一樣，也是一個(gè)8位雙向I/O端口，其內(nèi)部也配置了上拉電阻的，其輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。P3口也可作為STC89C51的一些特殊功能口，其引腳第二功能分配如下表3.1所示。 XTAL1：反向振蕩器的輸入。 XTAL2：反向振蕩器的輸出。 表3.1 P3口引腳第二功能 端口引腳 第二功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 INT0（外部中斷0） P3.3 INT1（外部中斷1） P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0） P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1） P3.6 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） P3.7 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 3.1.2單片機(jī)工作系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)必須在具備晶振電路和復(fù)位電路后才能保證其正常運(yùn)行。晶振電路也稱時(shí)鐘電路，該電路是給單片機(jī)提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，復(fù)位電路的功能是重置單片機(jī)，使其總起始地址開(kāi)始工作，從程序代碼的起始端開(kāi)始運(yùn)行。下面將對(duì)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路進(jìn)行詳細(xì)介紹。 （1）時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 圖3.2 時(shí)鐘電路 在使用51系列單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)，晶振電路主要由兩部分組成：石英晶體和瓷片電容。適石英晶體一般選擇為12MHz或11.0592MHz；匹配的瓷片電容是20~30pf之間，這個(gè)大小的電容可以很好的抑制干擾，使時(shí)鐘電路穩(wěn)定工作。如圖3.2所示為本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路，選用11.0592M的晶振，其晶振兩腳與單片機(jī)的時(shí)鐘輸入引腳XTAL1和XTAL2相連，并在兩端分別連接30pf瓷片電容C1，C2的一端，瓷片電容的另一端直接接地[9]。 （2）復(fù)位電路設(shè)計(jì) 若系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，受環(huán)境干擾單片機(jī)內(nèi)代碼執(zhí)行時(shí)跑飛或需要從新執(zhí)行代碼時(shí)，這時(shí)需要將單片機(jī)復(fù)位，從頭執(zhí)行程序代碼，這就需要設(shè)置復(fù)位電路。STC89C51單片機(jī)在RST引腳上施加兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間就會(huì)完成復(fù)位，代碼將從最開(kāi)始地址從新執(zhí)行。在系統(tǒng)上電時(shí)，也要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，為了方便，無(wú)需每次上電都通過(guò)操作按鍵進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位電路中設(shè)置了上電復(fù)位。 圖3.3為本設(shè)計(jì)的復(fù)位電路。該電路即可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，又能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)在得電開(kāi)始運(yùn)行前，由于電容C3充電， RST引腳上為高電平，高電平持續(xù)時(shí)間是電容充電時(shí)間，充電時(shí)間大于兩個(gè)機(jī)械周期則上電復(fù)位；單片機(jī)在正常工作時(shí)，按下復(fù)位按鍵S1，則RSE引腳直接接在+5V電源上，松手后恢復(fù)低電平，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。 圖3.3 復(fù)位電路 第3.2節(jié)　溫濕度傳感器電路 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器它經(jīng)常被用來(lái)測(cè)量環(huán)境的溫濕度，之所以使用它是確保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，DHT11具有質(zhì)量好、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比好等優(yōu)點(diǎn)。另外，他還具有超小體積，低功耗，以及信號(hào)傳輸間隔長(zhǎng)度能夠達(dá)到20米以上的特點(diǎn)。在非常精確的濕度校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)每個(gè)DHT11傳感器都要進(jìn)行再次校準(zhǔn)，用來(lái)確保DHT11溫濕度模塊的測(cè)量準(zhǔn)確性以及可靠性，傳感器的接口方式采用單線串行接口，之所以使用這樣的設(shè)計(jì)方式是為了使系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單快捷并且單排針4針組件產(chǎn)品，連接方便，可根據(jù)用戶要求提供特殊包裝格式[3]。 1.DHT11的工作特點(diǎn)： ?相對(duì)濕度和溫度測(cè)量 ?全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 ?卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性 ?無(wú)需額外部件 ?超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離 ?超低能耗 ?4 引腳安裝 ?完全互換 2.DHT11應(yīng)用領(lǐng)域 ?暖通空調(diào) ?氣象站 ?家電 ?濕度調(diào)節(jié)器 ?醫(yī)療 ?除濕器 ?測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備 ?汽車(chē) ?數(shù)據(jù)記錄器 ? 消費(fèi)品 ?自動(dòng)控制 3. DHT11數(shù)字傳感器電源引腳以及串行接口 電源電壓：工作電壓是3V到5.5V，工作時(shí)候需要先等待一秒鐘，其目的是確保不穩(wěn)定狀態(tài)器件不發(fā)送任何的指令[3]。 串行接口：DATA 用于微處理器與DHT11之間的通信和同步，本設(shè)計(jì)采取使用單總線數(shù)據(jù)形式，一次通訊市場(chǎng)大約為4ms，其中數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，詳細(xì)格式在下面說(shuō)明，此時(shí)小數(shù)部分用來(lái)以后擴(kuò)充，現(xiàn)在讀取出為零。操作流程為一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，先出高位。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8 bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得最后數(shù)據(jù)的末8位[3]。用戶 MCU 發(fā)送一次信號(hào)之后，DHT11將從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速形式， 等候主機(jī)開(kāi)始信號(hào)完畢后，DHT11再發(fā)送相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，同時(shí)送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集，再次選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)[3]。在這個(gè)模式下，DHT11 接收到開(kāi)始信號(hào)后觸發(fā)一次溫濕度采集，假如沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，DHT11不會(huì)自動(dòng)開(kāi)始溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換為低速模式，過(guò)程如圖3.4通信過(guò)程（1）所示： 圖3.4通訊過(guò)程（1） 總線處于空閑模式的時(shí)候電平為高電平，主機(jī)會(huì)把總線拉低等待DHT11的響應(yīng)，這時(shí)候的總線需要的時(shí)間超過(guò)18ms，這樣做是為了保證DHT11可以啟動(dòng)信號(hào)檢測(cè)。當(dāng)DHT11接收主機(jī)信號(hào)開(kāi)始后，就開(kāi)始發(fā)送80μs低電平相應(yīng)信號(hào)，等待20 ~ 40μs，才開(kāi)始閱讀DHT11響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)開(kāi)始發(fā)送信號(hào)后，可以切換到輸入模式或者輸出高電平模式，通過(guò)總線將上拉電阻，進(jìn)程如圖3.5通信過(guò)程（2）所示： 圖3.5 通訊過(guò)程（2） 當(dāng)總線為一種低水平的響應(yīng)信號(hào)時(shí)候，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，再把總線拉高80us，開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)都是以50us低水平時(shí)隙開(kāi)始的，高電平的長(zhǎng)短表明了數(shù)據(jù)位是0還是1。（如圖3.6數(shù)字0信號(hào)表示方法，圖3.7數(shù)字1信號(hào)表示方法）讀高水平的響應(yīng)信號(hào)，如果DHT11沒(méi)有響應(yīng)，請(qǐng)檢查線路是否正常。最后一個(gè)bit數(shù)據(jù)傳送完成后，DHT11將會(huì)拉低總線50μs，然后總線的上拉電阻將會(huì)進(jìn)入空閑階段。 圖3.6 數(shù)字0信號(hào)表示方法 數(shù)字1信號(hào)表示方法 圖3.7 數(shù)字1信號(hào)表示方法 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器它經(jīng)常被用來(lái)測(cè)量環(huán)境的溫濕度，使用它的原因是因?yàn)樗軌虼_保設(shè)計(jì)的產(chǎn)品測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，它還具有超小體積，低功耗，以及信號(hào)傳輸間隔長(zhǎng)度能夠達(dá)到20米以上的特點(diǎn)。在非常精確的濕度校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)每個(gè)DHT11傳感器都要進(jìn)行再次校準(zhǔn)，用來(lái)確保DHT11溫濕度模塊的測(cè)量準(zhǔn)確性以及可靠性。產(chǎn)品為單排針4針組裝，方便連接，特殊包裝格式可根據(jù)用戶要求提供。接口說(shuō)明如圖3.8 DHT11典型應(yīng)用電路所示： 圖3.8 DHT11典型應(yīng)用電路 第3.3節(jié)　光敏檢測(cè)電路 系統(tǒng)光強(qiáng)檢測(cè)通過(guò)光敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，在外邊天氣光強(qiáng)不同時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)發(fā)生變化。光敏電阻還可以叫做光導(dǎo)管，制作中常用的材料有：硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等。這些材料具有很強(qiáng)的光特性，在一定波長(zhǎng)的光照下，其產(chǎn)生的阻值立即發(fā)生變化。這種現(xiàn)象是產(chǎn)生的原因是由于光照會(huì)產(chǎn)生載流子，而這些載流子將會(huì)參與導(dǎo)電，使光敏電阻的阻值迅速的下降[11]。 光強(qiáng)檢測(cè)電路如圖3.9所示。光敏電阻與47K電阻串聯(lián)，當(dāng)光強(qiáng)較弱時(shí)，光敏電阻阻值較高，這時(shí)光敏電阻上端輸出電壓較高；當(dāng)光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻阻值較低，這時(shí)光敏電阻上端輸出電壓較低；光敏電阻上端輸出電壓為V；輸出電壓V是隨光強(qiáng)變化的模擬量信號(hào)，需要進(jìn)行電路處理才能被I/O口讀取[12]。 如圖所示，輸出的電壓信號(hào)V通過(guò)兩個(gè)電壓比較器與兩個(gè)閾值相比較得到兩個(gè)電平信號(hào)，當(dāng)電壓信號(hào)V高于高閾值時(shí)，才認(rèn)為光線較強(qiáng)；在電壓信號(hào)V低于第閾值時(shí)，才認(rèn)為光線較弱。有效防止了使用一個(gè)閾值時(shí)，電壓V在閾值附近時(shí)，電平信號(hào)震蕩的問(wèn)題。 電壓信號(hào)V分別輸入至兩個(gè)電壓比較器的負(fù)輸入端和正輸入端，R7和R10兩個(gè)電位器分別為電壓比較器提供一個(gè)可調(diào)的上限和下限電壓閾值，然后在電壓比較器輸出端上拉一個(gè)4.7K電阻，電路即可正常工作。當(dāng)電壓比較器的正輸入端電壓大于負(fù)輸入端時(shí)，輸出高電平；當(dāng)電壓比較器的正輸入端電壓小于負(fù)輸入端時(shí)，輸出低電平。電壓比較器輸出的電平信號(hào)送至單片機(jī)的I/O口，I/O口通過(guò)掃描即可獲知外部的光線強(qiáng)弱。 圖3.9 光敏檢測(cè)電路 其中GL5528電阻的各項(xiàng)參數(shù)是： 最大電壓（V-dc）：150 最大功耗（mW）：100 環(huán)境溫度（C）：-30--- +70 光譜峰值（nm）：540 亮電阻（10Lux）（KΩ）:10-20 暗電阻（MΩ）:1 100λ10：0.6 響應(yīng)時(shí)間（ms）：上升：20 下降：30 第3.4節(jié)　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 3.4.1　L298N基本參數(shù) （1）類型 ： 半橋； （2）輸入類型 ： 非反相； （3）輸出數(shù) ：4； （4）電流-輸出/通道 ：2A； （5）電流-峰值輸出 ：3A； （6）電源電壓 ：4.5 V ~ 46 V； （7）工作溫度 ：-25C ~ 130C； （8）安裝類型 ： 通孔； （9）封裝/外殼 ：Multiwatt-15（垂直，彎曲和錯(cuò)列引線）； （10）供應(yīng)商設(shè)備封裝 ：15-Multiwatt； （11）包裝 ：管件。 3.4.2　L298N簡(jiǎn)介 L298是由SGS公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，其封裝是采用15腳Multiwatt封裝，其內(nèi)部都配置了4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢宰鳛橐粋€(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)，或者兩個(gè)小型直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，使用極為方便。 L298N芯片可以作為一個(gè)四相電機(jī)和兩個(gè)二相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，其控制電機(jī)的最大供電電壓可達(dá)到50V，輸出控制電機(jī)的電壓隨著輸入的電壓的變化而變化，可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入的電壓來(lái)改變電機(jī)的控制電壓；控制引腳可以直接連接在單片機(jī)的I/O上，可直接通過(guò)編程來(lái)改變I/O口輸出電平來(lái)控制L298N的工作模式；并且所需的外圍輔助器件非常少，控制極為方便[14]。 L298N的邏輯電源VSS可接入的范圍為直流4．5～7 V，其邏輯控制口可接受TTL電平信號(hào)。芯片第4引腳VS可直接與電機(jī)的供電電源連接，其電機(jī)的供電電源VS是在＋2．5～50 V之間。最大可輸出2．5 A供驅(qū)動(dòng)電流，可以直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)阻性或感性負(fù)載。L298芯片上的OUT1，OUT2是一組直流電機(jī)的接口，OUT3，OUT4是另一組，本設(shè)計(jì)我們通過(guò)它來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)小型直流電機(jī)。5和7以及10和12腳接入單片機(jī)的I/O口，通過(guò)輸出不同的電平信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向。ENA和ENB為控制的使能端，也接入單片機(jī)的I/O口，可同過(guò)I/O輸出PWM來(lái)控制電機(jī)的啟動(dòng)和、停止和轉(zhuǎn)速。表3.2是L298N功能邏輯圖。 表3.2 L298N功能邏輯圖 ENA(ENB) IN1(IN3) IN2(IN4) 電機(jī)運(yùn)行情況 H H L 正轉(zhuǎn) H L H 反轉(zhuǎn) L X X 停止 3.4.3　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)中，需要對(duì)一個(gè)電機(jī)進(jìn)行方向和速度控制，將IN1、IN2和ENA分別連到單片機(jī)的I/O口P2.2、P2.3、P2.4上，通過(guò)改變I/O口的電平狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的方向和速度控制。芯片供電電源VSS接+5V邏輯電平，電機(jī)的動(dòng)力電源VS與也接+5V輸入，ISENA和ISENB分別接地。芯片輸出端口接電機(jī)兩端，為了保護(hù)芯片，防止電流回流，在OUT1，OUT2兩端分別接上續(xù)流二極管1N4007。為了濾除電機(jī)干擾，在電源上加入了一個(gè)100UF和一個(gè)104進(jìn)行濾波[9]。具體電路如圖3.10所示。 圖3.10 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路  第4章　控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第4.1節(jié)　程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的設(shè)計(jì)方法，原因是因?yàn)檫@樣很容易編譯，調(diào)試過(guò)程[1]。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，以及前端控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的具體條件進(jìn)行說(shuō)明，設(shè)計(jì)軟件基于單片機(jī)控制，其中單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖4.1所示： 系統(tǒng)是否是智能模式 是 否 光線明暗 濕度大小 打開(kāi)按鈕是否按下 關(guān)閉按鈕是否按下 暗或濕度大 亮或濕度小 否 是 是 關(guān)閉晾衣架 打開(kāi)晾衣架 關(guān)閉晾衣架 打開(kāi)晾衣架 否 否 關(guān)閉限位是否閉合 打開(kāi)限位是否閉合 是 是 中止動(dòng)作 結(jié)束 圖4.1 程序流程圖 第4.2節(jié)　程序設(shè)計(jì) C語(yǔ)言是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一種，它處于機(jī)器語(yǔ)言與高級(jí)語(yǔ)言之間，它不僅具備機(jī)器語(yǔ)言的特點(diǎn)，同時(shí)又具備高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)。C語(yǔ)言1972年產(chǎn)生于美國(guó)，它是由貝爾研究所的D.M.Ritchie推出的。在此之后，各種不同類型的計(jì)算機(jī)都被移植成為C語(yǔ)言。C語(yǔ)言不僅能夠編寫(xiě)工作系統(tǒng)和控制程序代碼，還能夠作為設(shè)計(jì)應(yīng)用程序的語(yǔ)言，其編寫(xiě)的應(yīng)用程序與計(jì)算機(jī)硬件無(wú)絕對(duì)關(guān)系。如今，C語(yǔ)言的使用范圍非常之廣泛，因?yàn)樵撜Z(yǔ)言極其強(qiáng)大的處理數(shù)據(jù)的能力，已經(jīng)不僅僅是應(yīng)用在軟件的開(kāi)發(fā)上，很多種類的科研也都開(kāi)始使用C語(yǔ)言編程[8]。 C語(yǔ)言簡(jiǎn)明易懂、開(kāi)發(fā)和維護(hù)都很方便，并且不受硬件操作能力約束，采用模塊化設(shè)計(jì)移植很容易，開(kāi)發(fā)周期短。使用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)單片機(jī)的控制程序代碼，儲(chǔ)存單元的分配都是通過(guò)編譯器自動(dòng)完成的，程序設(shè)計(jì)者只需要關(guān)注程序本身的設(shè)計(jì)，無(wú)需考慮儲(chǔ)存單元分配等問(wèn)題。C語(yǔ)言可以采用模塊化的編程，對(duì)一些常用控制功能或算法的函數(shù)可以編寫(xiě)相應(yīng)的程序塊，在使用時(shí)直接調(diào)用，可以極其方便的進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)和移植，縮短程序開(kāi)發(fā)周期。 第4.3節(jié)　系統(tǒng)初始化 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)置包含聲明庫(kù)函數(shù)如：#include，#include 等，利用DHT11溫濕度傳感器，對(duì)于溫度和濕度的檢測(cè)都要使用DHT11單總線數(shù)據(jù)方法，同時(shí)對(duì)于這些操作都有嚴(yán)格的順序安排。單片機(jī)剛開(kāi)始會(huì)發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖，這個(gè)脈沖信號(hào)會(huì)使所有DHT11芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，等到ROM操作命令到達(dá)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)使相應(yīng)編碼的DHT11激活。當(dāng)DHT11被激活后，它將處于等待存儲(chǔ)器訪問(wèn)請(qǐng)求的狀態(tài)[3]。 系統(tǒng)程序展示和說(shuō)明[8]： #define uc unsigned char #define ui unsigned int sbit in_go = P1^3; sbit in_back = P1^2; sbit out_go = P3^0; sbit out_back = P3^5; sbit limit_go = P3^4; sbit limit_back = P3^6; sbit led_go = P1^4; sbit led_back = P1^5; sbit light = P1^0; sbit change = P1^1; sbit led_zhishi = P1^7; sbit buzz = P1^6; sbit W1=P2^2; sbit W2=P2^1; void COM(void) { uc i; for(i=0;i<8;i++) { U8FLAG=2; while((!DATA)&&U8FLAG++); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); U8temp=0; if(DATA)U8temp=1; U8FLAG=2; while((DATA)&&U8FLAG++); if(U8FLAG==1)break; U8comdata<<=1; U8comdata|=U8temp; //0 }//rof } uc RH(void) { DATA=0; Delay1(180); //原來(lái)為5 DATA=1; //總線將上拉電阻拉高 延時(shí)20us Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); Delay_10us(); DATA=1; if(!DATA) //T ! { U8FLAG=2; while((!DATA)&&U8FLAG++);  第4.4節(jié)　溫濕度檢測(cè) 檢測(cè)溫濕度情況所用的模塊為DHT11溫濕度傳感器，DHT11傳感器的讀寫(xiě)都會(huì)占用同一根線，所以操作的時(shí)候的每一步都有嚴(yán)格的要求。圖4.2為測(cè)溫子系統(tǒng)流程圖，單片機(jī)剛開(kāi)始會(huì)發(fā)送一個(gè)復(fù)位脈沖，這個(gè)脈沖信號(hào)會(huì)使所有DHT11芯片進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，等到ROM操作命令到達(dá)的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)使相應(yīng)編碼的DHT11激活。被激活后傳感器將會(huì)進(jìn)入等待訪問(wèn)的狀態(tài)，內(nèi)存訪問(wèn)命令完成溫度轉(zhuǎn)換、讀取等工作。 系統(tǒng)復(fù)位 發(fā)匹配ROM指令 發(fā)64位ROM碼 發(fā)溫濕度轉(zhuǎn)換命令 系統(tǒng)復(fù)位 讀數(shù)據(jù)至內(nèi)存 發(fā)讀暫存命令 發(fā)64位ROM碼 發(fā)匹配ROM指令 完成轉(zhuǎn)換？ 是 返回 否 圖4.2 溫度檢測(cè)流程圖 溫濕度檢測(cè)所用的電路為555檢測(cè)電路，通過(guò)該電路測(cè)出輸出頻率，然后再利用公式4.1將輸出頻率帶進(jìn)公式就能夠得到濕度傳感器的阻抗，通過(guò)之前DHT11對(duì)溫度的檢測(cè)，用表4.1進(jìn)行查詢就可以得到所對(duì)應(yīng)的濕度值。 (4.1) 表4.1 0-60℃濕度阻抗特性數(shù)據(jù) 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 30% 518.8 352.8 256.7 241.3 137 35% 347.6 261.8 143 137 80.33 40% 277.2 166.6 93.6 81.53 5. 45% 172.8 92.8 60.3 52.7 33.38 50% 96.3 60.6 41.43 34.3 22.05 55% 70.8 40.4 29.12 24.25 15.88 60% 56.2 29.5 20.8 17.71 12.17 65% 43.3 21.1 15.61 13.12 9.02 70% 31.3 15.44 11.51 10.09 6.58 75% 22.6 11.84 8.74 7.35 4.64 80% 15.8 9.13 6.52 5.46 3.38 85% 10.48 6.55 4.52 3.89 2.48 90% 7 4.6 3.15 2.65 1.807  第5章　系統(tǒng)整體調(diào)試 根據(jù)設(shè)計(jì)好的電路，然后編寫(xiě)程序在Keil_c上進(jìn)行完成，再使用模擬器對(duì)連接好的電路進(jìn)行調(diào)試，如果采用專業(yè)型的標(biāo)準(zhǔn)MCS - 51內(nèi)核單片機(jī)模擬，仿真芯片的真實(shí)性會(huì)增加，但是他會(huì)導(dǎo)致PC端的用戶種類會(huì)變的復(fù)雜。用于監(jiān)測(cè)和顯示輸出目標(biāo)單片機(jī)TXD引腳支持Keil printf函數(shù)打印也有實(shí)時(shí)跟蹤內(nèi)部變量的變化功能，同時(shí)還能夠防止因?yàn)殄e(cuò)誤的操作對(duì)仿真器損害能夠很好的保護(hù)電路，以避免操作不當(dāng)所帶來(lái)的損失，同時(shí)模擬器自帶和64 K的程序存儲(chǔ)器和64 K的硬件斷點(diǎn)記憶等許多強(qiáng)大的功能[14]。 圖5.1 JDT-8052XP仿真器連接圖 使用JDT 8052 XP模擬器在Keil_c工作站的編程和調(diào)試非常方便而且快捷，能夠?qū)Ω鞣N子程序進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試。在檢查錯(cuò)誤和警告的時(shí)候，不但能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤警告還可以對(duì)其進(jìn)行修改，然后將他們放在一起，根據(jù)程序流程圖寫(xiě)作前的機(jī)主程序同時(shí)調(diào)試[15]。 Keil_c軟件界面如圖 圖5.2 Keil_c軟件界面 第5.1節(jié)　系統(tǒng)仿真演示 該系統(tǒng)利用Keil u vision4仿真軟件Keil公司宣布在二月2009，Keilμvision4，Keilμvision4將窗口控制系統(tǒng)引入軟件，極大的方面了窗口的可操作話，使窗口的位置可以放在任何位置，增加了用戶的體驗(yàn)質(zhì)量。為開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)更加高效地開(kāi)發(fā)應(yīng)用環(huán)境。Keil uVision4軟件界面圖[14]： 圖5.3 Keil uVision4軟件界面圖 通過(guò)對(duì)軟件的學(xué)習(xí)和使用我們對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了仿真操作接下來(lái)我們演示系統(tǒng)仿真效果： 圖5.4為本系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真圖，圖5.5為系統(tǒng)的濕度加減操作位置，通過(guò)在溫濕度的增加或減小來(lái)控制系統(tǒng)系對(duì)濕度的判定，圖5.6為系統(tǒng)濕度增加的效果圖，圖5.7為系統(tǒng)濕度減小效果圖，從圖中可以看出隨著濕度的增加和減弱，上方的LED顯示也隨之改變。 圖5.4 系統(tǒng)仿真圖 圖5.5 系統(tǒng)的濕度加減操作位置 圖5.6 系統(tǒng)濕度增加的效果圖 圖5.7 系統(tǒng)濕度減小的效果圖 圖5.8為系統(tǒng)模式選擇位置，通過(guò)模式的切換來(lái)改變系統(tǒng)所選模式，圖5.9為自動(dòng)模式。 圖5.8 系統(tǒng)模式選擇位置 圖5.9 自動(dòng)模式 圖5.10為手動(dòng)模式。當(dāng)為手動(dòng)模式時(shí)可，手動(dòng)控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，同時(shí)可觸碰限位開(kāi)關(guān)，使電機(jī)中止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)為自動(dòng)模式時(shí)候，系統(tǒng)根據(jù)所檢測(cè)到的溫濕度來(lái)自動(dòng)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)，可觸碰限位開(kāi)關(guān)來(lái)中止電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖5.10 手動(dòng)模式 當(dāng)手動(dòng)模式，按鍵伸出時(shí)伸出的指示燈亮，如圖5.11所示，當(dāng)按鍵收縮時(shí)收縮指示燈同樣亮起如圖5.12所示。通過(guò)仿真可以發(fā)現(xiàn)，仿真效果和初步設(shè)想基本相同，很好的達(dá)到了預(yù)期的設(shè)想 。 圖5.11 手動(dòng)伸出 圖5.12 手動(dòng)收縮 第5.2節(jié) 硬件實(shí)物的焊接 硬件焊接需要充分了解各個(gè)器件的型號(hào)，了解各個(gè)器件的具體功能，這就像人民教師教書(shū)育人一樣，要因材施教，將各個(gè)器件的功能充分發(fā)揮。 焊接的方法有很多種，在這其中最精確的是激光焊接，但是這種焊接的代價(jià)太高了，所以本次設(shè)計(jì)就用的是最為傳統(tǒng)的手工焊接，握鐵烙鐵的方法也是有講究的，包括：握筆、正握、反握式三種。 手工焊接的步驟可以分為以下幾步： （1）準(zhǔn)備焊接：在進(jìn)行焊接之前需要做一些準(zhǔn)備工作，需預(yù)先將被焊接元器件周邊的污漬清理干凈，由常識(shí)可知在焊接過(guò)程中溫度會(huì)很高，所以為了避免將其他元器件燙壞，可以將周邊的元器件掰開(kāi)一些。 （2）加熱焊接：焊接時(shí)候需要蘸取少許松香到烙鐵頭，然后再觸碰被焊元器件，等到烙鐵頭變熱后用再用工具將元器件輕輕小心進(jìn)行焊接。 （3）清理焊接面：被焊部位處的焊錫量要根據(jù)實(shí)際情況自己判斷，不能過(guò)多也不能太少，太少焊接的不夠完整，太多會(huì)造成表面不光滑，還浪費(fèi)資源。 （4）檢查焊點(diǎn)：焊接完成之后需對(duì)焊接成果進(jìn)行檢查，檢查的工作包括前面幾步中寫(xiě)到的檢查焊錫量的多少，是否造成被焊接元器件周邊的元器件損壞。 焊點(diǎn)需滿足手工焊接以下幾點(diǎn)： （1）具有良好的導(dǎo)電性。 （2）機(jī)械強(qiáng)度適中。 （3）焊點(diǎn)表面光滑。 焊接質(zhì)量不高的原因有以下幾點(diǎn)： （1）焊接量把握不好，過(guò)多造成焊接表面不光滑，過(guò)少造成焊接表面未全部覆蓋。 （2）焊接的時(shí)候烙鐵頭的溫度未達(dá)標(biāo)，溫度不夠造成焊接表面會(huì)有些許細(xì)紋。 （3）焊錫和被焊元器件之間在完成焊接之后的理想結(jié)果是不能有其他物質(zhì)存在的，但是由于自身的操作問(wèn)題，或多或少的會(huì)夾雜一些松香，有加熱溫度不足的黃褐色松香膜和加熱過(guò)量的黑色松香膜。 （4）被焊元器件的表面有時(shí)會(huì)由焊錫形成的凸起，造成這種情況的原因是因?yàn)樵诩訜釙r(shí)溫度和焊錫把控不好。 易損元器件的焊接： 被焊元器件的種類有很多，當(dāng)然也是可以從不同的方面講其分類，本次設(shè)計(jì)就從易損壞程度將這些元器件分類。易損元器件的定義是在焊接的過(guò)程中容易因?yàn)橥饨缫蛩卦斐捎绊懺骷９ぷ鞯脑骷Ｋ栽诤附又熬托枰獙⑶懊嬲f(shuō)到的工作都做好。首先是清理元器件表面的污漬，保證元器件表面的整潔，第二準(zhǔn)確控制烙鐵頭的溫度并調(diào)節(jié)元器件之間的間距，防止造成不必要的損失。第三，選準(zhǔn)被焊接點(diǎn)，使用適中的焊錫進(jìn)行焊接，減少烙鐵頭和被焊元器件之間熱量傳遞的最有效方便的就是用酒精棉球保護(hù)元器件。這樣做就可以很好的保護(hù)易損元器件，保證焊接的正常進(jìn)行。 對(duì)于焊接過(guò)程的過(guò)程是有規(guī)律可循：精確掌握烙鐵頭的溫度，本著從小到大的原則對(duì)元器件依次焊接，避免損壞不必焊接的元件，造成設(shè)計(jì)成本的升高。 在焊接的過(guò)程中有幾點(diǎn)是必須要謹(jǐn)記的： （1）因?yàn)樵诤附又袝?huì)有很多元器件，所以焊接之前最好有一個(gè)比較大的底板，這樣就可以避免易損元器件的損壞，提高設(shè)計(jì)本身的屬性。 （2）因?yàn)閱纹瑱C(jī)的引腳比較多，所以在焊接的時(shí)候要格外的注意，要做到便焊接邊看圖，保證每個(gè)引腳的準(zhǔn)確性，防止損壞單片機(jī)。 （3）電容含有極性，在焊接的過(guò)程中要格外注意，不要影響工作的正常進(jìn)行。 （4）芯片的引腳排列方式比較復(fù)雜，這要求我們可以準(zhǔn)確判斷。 如圖5.13為實(shí)物正面： 圖5.13實(shí)物正面 如圖5.14為實(shí)物背面： 圖5.14實(shí)物背面 如圖5.15為遙控器正面： 圖5.15遙控器正面 如圖5.16為遙控器背面： 圖5.16遙控器背面  結(jié)　　論 隨著時(shí)代的發(fā)展智能家具越來(lái)越受到大家的