基于單片機的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設計

1、基于單片機的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設計摘 要對于現(xiàn)在城市里的大多數(shù)人們每天忙于工作，白天幾乎都不在家中，當天氣變化時不能及時將衣物收回。關于這個問題，本文對智能晾衣架系統(tǒng)進行研究，運用DHT11溫濕度傳感器，光敏電阻采集到的信號傳輸給系統(tǒng)處理核心單片機AT89S52，根據(jù)當時的溫濕度和光線的強弱判斷晾衣架是否要收回。當空氣中的相對濕度超過設定值或光線變暗到一定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警提示主人收衣服并延時，無人應答后系統(tǒng)會自動發(fā)出脈沖信號給電機，從而控制機械部分自動收回晾衣架。關鍵詞：智能 AT89S52 DHT11 MCU based intelligent clotheshorse control

2、 system designAbstractWith the constant development and social progress, intelligent products in the continuous influx of our family life, to the people's daily life more convenient, but airing tool or in a primitive level almost no change, gradually and our life away. For now the city where mos

3、t people are busy with their work every day, hardly ever at home, when weather changes will be unable to recover. About this question, the intelligent clothes hanger system is studied, using the DHT11 temperature and humidity sensor, 5547 photosensitive resistance signals transmitted to the system p

4、rocessing core chip AT89S52, according to the time of the temperature and humidity and light intensity to judge whether to take back the clothes hanger. When the air relative humidity exceeds a set value ( think it's going to rain or rain ) or the dark to a certain value ( that had been dark ),

5、the system will send out alarm host received clothes and delay, no response after the system will automatically send a pulse signal to a stepping motor, so as to control the mechanical parts automatically retract the clothes hanger.Key words: Intelligent AT89S52 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

6、究目的與研究方法2第1.3節(jié) 研究意義3第2章 系統(tǒng)總體設計4第2.1節(jié) 總系統(tǒng)設計框圖4第2.2節(jié) 系統(tǒng)組成概述4第2.3節(jié) 系統(tǒng)硬件電路選擇5第2.4節(jié) 系統(tǒng)軟件結構設計5第2.5節(jié) 機械結構設計6第3章 控制系統(tǒng)硬件設計8第3.1節(jié) 單片機的介紹及其工作系統(tǒng)設計8第3.2節(jié) 溫濕度傳感器電路14第3.3節(jié) 光敏檢測電路16第3.4節(jié) 直流電機驅動電路17第4章 控制系統(tǒng)軟件設計22參考文獻23II前 言現(xiàn)在人們的生活追求個性化、自動化，家裝要求的檔次越來越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技術在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應用，它不僅優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，而且方便了人

7、們有效的安排時間和節(jié)約各種能源。人們實現(xiàn)了家電、照明、窗簾控制和防盜報警等智能化，但是晾衣工具還是處于比較原始的層次幾乎沒有什么改變，漸漸與我們的生活脫節(jié)。目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環(huán)境變化而自動收縮的傳統(tǒng)類型。假如住戶是雙職工，或者住戶有事在外，那么如果下雨或者夜晚，傳統(tǒng)類型的晾衣架就做不到使晾曬在室外的衣物避雨、避露水的功能。炎熱夏日，上班族通常是把衣物晾曬在室外一整天。住戶即使在家，為了減少麻煩，也很少在夏日的正午把衣物收回室內，等氣溫下降之后再把衣物拿出去晾曬，其實暴曬對衣物的損傷極大。國內現(xiàn)在也有生產(chǎn)智能晾衣架的廠家，但是他們所生產(chǎn)的智能晾衣架都是安裝在陽臺內部，通過電路的

8、控制使晾衣架根據(jù)不同的情況垂直升降，以達到智能晾曬衣物的功能。而本設計是通過溫濕度傳感器和光敏傳感器感應外界天氣中的雨水、溫度和光照情況，運用傳感器、單片機驅動電動機來控制晾衣架的伸張和收縮，從而達到智能晾曬衣物的目的。第1章 緒論第1.1節(jié) 選題背景隨著社會經(jīng)濟水平的發(fā)展，現(xiàn)在人們的生活追求個性化、自動化，追求快節(jié)奏，家裝要求的檔次越來越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技術在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛應用，它不僅優(yōu)化了人們的生活方式和居住環(huán)境，而且方便人們有效地安排時間和節(jié)約各種能源，實現(xiàn)了家電、照明、窗簾控制和防盜報警、定時控制及電話遠程控制等。伴隨著高智能家居的快速發(fā)展，晾衣

9、工具的智能化發(fā)展明顯落后與其他家用器具智能化發(fā)展之后，現(xiàn)在已經(jīng)引起社會的很大關注。 第1.2節(jié) 研究目的與研究方法1.2.1研究目的目前人們所使用的晾衣架多為不能隨外界環(huán)境變化而自動收縮的傳統(tǒng)類型。假如住戶是雙職工，或者住戶有事在外，那么如果下雨或者夜晚，傳統(tǒng)類型的晾衣架就做不到使晾曬在室外的衣物避雨、避露水的功能。炎熱夏日，上班族通常是把衣物晾曬在室外一整天。住戶即使在家，為了減少麻煩，也很少在夏日的正午把衣物收回室內，等氣溫下降之后再把衣物拿出去晾曬，其實暴曬對衣物的損傷極大。國內現(xiàn)在也有生產(chǎn)智能晾衣架的廠家，但是他們所生產(chǎn)的智能晾衣架都是安裝在陽臺內部，通過電路的控制使晾衣架根據(jù)不同的情

10、況垂直升降，以達到智能晾曬衣物的功能。而本設計采用單片機作為智能晾衣架的檢測及控制核心，通過溫濕傳感器探測外界環(huán)境的溫度和濕度，當溫度或濕度達到一定指標時，單片機控制電動機正轉（或者反轉）從而使衣架自動收回，當傳動桿接觸到位置開關時，電機停止轉動；當雨停后，陽光充裕時，光敏電阻將信息反饋給單片機，單片機再控制電動機反轉（或者正轉）從而使衣架自動伸出接收晾曬。晾衣桿與各傳動軸之間采用滑輪、鋼絲繩等連接。1.2.2研究方法（1）文獻法。本研究涉及單片機編程、原理圖繪制、元器件焊接等技術，需要對涉及的知識精通才能實現(xiàn)方案的成功設計，只有通過對大量相關書籍期刊進行閱讀、整理、分析，才能得到有價值的研究

11、資料。因此，本研究把文獻法作為最重要的研究方法。（2）觀察法。科學的觀察具有目的性和計劃性、系統(tǒng)性和可重復性。在科學實驗和調查研究中，觀察法具有擴大人們的感性認識、啟發(fā)人們的思維、導致新的發(fā)現(xiàn)等幾個方面的作用。因此對于本研究有很大幫助。第1.3節(jié) 研究意義基于現(xiàn)在晾衣架的發(fā)展現(xiàn)狀，本設計開發(fā)了一種能幫助人們擺脫原始操作的智能晾衣架。本實用新型晾衣架主要特點在于：可以伸縮，操作簡單，占地面積小，美觀實用。同類產(chǎn)品有可收縮式的，但屬于組裝而成，操作比較麻煩，而本晾衣架是通過溫濕度傳感器和光敏傳感器感應外界天氣中的雨水、溫度和光照情況，運用傳感器、單片機驅動電動機來控制晾衣架的伸張和收縮，從而達到智

12、能晾曬衣物的目的。第2章 系統(tǒng)總體設計第2.1節(jié) 總系統(tǒng)設計框圖本設計采用美國Atmel公司的AT89S52單片機作為控制核心，外圍輔助溫濕度傳感電路及光敏傳感電路等檢測電路來控制電機運動，實現(xiàn)收晾衣智能化的功能?？傮w設計框圖如圖2.1所示：圖2.1 系統(tǒng)總體控制框圖第2.2節(jié) 系統(tǒng)組成概述本系統(tǒng)可固定在陽臺外面，既節(jié)省空間，同時系統(tǒng)通過測溫濕度電路及光敏電路等檢測電路自動測量當前空氣溫度、濕度和光線強度，根據(jù)當前溫濕度值和光線強度確定晾衣架是否收回。當要下雨或已經(jīng)下雨時，空氣中的相對濕度急劇增加超過設定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報（提示主人收衣服），若無人應答系統(tǒng)自動默認屋內無人，系統(tǒng)會自動給電

13、機脈沖完成自動收衣服功能。第2.3節(jié) 系統(tǒng)硬件電路選擇本系統(tǒng)的控制核心采用擴展型單片機AT89S52，該系列單片機是釆用高性 能的靜態(tài)80C51設計的，由先進的CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器，全部支持12時鐘和6時鐘操作，包含128字節(jié)和256字節(jié)RAM，32 條I/O 口線、3個16位定時/計數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結構、1個 串行I/O 口，可以滿足本系統(tǒng)的需要。系統(tǒng)檢測部分由DHT11型溫濕度傳感器和5547光敏電阻組成。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性

14、與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇，而且此產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝，連接十分方便。系統(tǒng)電機部分采用H橋直流電機驅動，H橋電路是直流電機使用最廣泛的一種驅動電路。實際使用的時候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，不過現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機和控制信號就可以使用了，在額定的電壓和電流內使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。第2.4節(jié)

15、系統(tǒng)軟件結構設計系統(tǒng)軟件設計采用結構化和模塊化設計方法，便于程序的編譯、調試。根據(jù)設計的要求和前面描述的控制系統(tǒng)的硬件設計的情況，單片機控制系統(tǒng)軟件程序結構示意圖如圖2.2所示：圖2.2 軟件程序結構示意圖第2.5節(jié) 機械結構設計系統(tǒng)采用結構簡單的可伸縮的機械執(zhí)行機構來實現(xiàn)衣服的收晾工作，初步設計如圖2.3所示：圖2.3 系統(tǒng)機械執(zhí)行機構第3章 控制系統(tǒng)硬件設計在完成了總體設計后，本章主要完成主控單元的硬件設計，包括核心芯片的選型和電路的具體設計，主要是單片機芯片、溫濕度傳感器、光敏電路及外圍電路的選型，然后再根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，應用protel99se軟件進行電路板的具體設計。第3.1節(jié) 單

16、片機的介紹及其工作系統(tǒng)設計3.1.1 AT89S52特點AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52的主要性能：l 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容l 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器l 1000次擦寫周期l 全靜態(tài)操作：0Hz33Hzl 三級加密程序存儲

17、器l 32個可編程I/O口線l 三個16位定時器/計數(shù)器l 八個中斷源l 全雙工UART串行通道l 低功耗空閑和掉電模式l 掉電后中斷可喚醒l 看門狗定時器l 雙數(shù)據(jù)指針l 掉電標識符引腳結構如圖3.1所示：圖3.1 AT89S52引腳結構VCC : 電源GND : 地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上

18、拉電阻。P1口：P1 口是一個具有內部上拉電阻的8位雙向I/O 口，p1 輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5

19、MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)編程用）P2 口：P2 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。在flash編程和校驗時，

20、P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 口：P3口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，p2輸出緩沖器能驅動4個TTL 邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。引腳號第二功能P3.0RXD （串行輸入）P3.1TXD （串行輸出）P3.2(外部中斷0)P3.3 (外部中斷0)P3.4T0 （定時器0外部輸入）P3.5T1 （定時器1外部輸入）P3.6(

21、外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST: 復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ALE/：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地

22、址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE 使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。:外部程序存儲器選通信號（）是外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不被激活。/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，必須接GND。為了執(zhí)行內部程序指令，應該接VCC。在flash編程期間，也接收12伏VPP電壓。

23、XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。存儲器結構MCS-51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址。程序存儲器：如果引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于89S52，如果接VCC，程序讀寫先從內部存儲器（地址為0000H1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000HFFFFH。中斷AT89S52有6個中斷源：兩個外部中斷（和），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。這些中斷每個中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一

24、個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。IE.6位是不可用的。對于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用戶軟件不應給這些位寫1。它們?yōu)锳T89系列新產(chǎn)品預留。定時器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或邏輯觸發(fā)。程序進入中斷服務后，這些標志位都可以由硬件清0。實際上，中斷服務程序必須判定是否是TF2 或EXF2激活中斷，標志位也必須由軟件清0。定時器0和定時器1標志位TF0 和TF1在計數(shù)溢出的那個周期的S5P2被置位。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。然而，定時器2的標志位TF2在計數(shù)溢出的那個周期的S2P2被置位，在同一個周期被電路捕捉下來。3.1.2單片機工作系

25、統(tǒng)設計復位電路和時鐘電路都是單片機最小系統(tǒng)的基本部分。復位電路通常采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。本系統(tǒng)選用按鍵手動復位，這種方式方便、簡單、容易操作。它是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作，因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質量也直接影響單片機的穩(wěn)定性。時鐘電路設計有內部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，本系統(tǒng)采用內部時鐘方式。單片機最小系統(tǒng)工作電路如圖3.2所示：圖3.2 單片機最小系統(tǒng)工作電路第3.2節(jié) 溫濕度傳感器電路DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷，具有極高

26、的可靠性和長期的穩(wěn)定性，傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達20米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。1.DHT11傳感器的特點：（1）相對濕度和溫度測量（2）全部校準，數(shù)字輸出 （3）卓越的長期穩(wěn)定性 （4）無需額外部件 （5）超長的信號傳輸距離 （6）超低能耗 （7）4引腳安裝 （8）完全互換2.DHT11應用領域（1）暖通空調 測試及檢測設備 （2）汽車 數(shù)據(jù)記錄器 （3）消費品 自動控制 （4）氣象站 家電 （5）濕

27、度調節(jié)器 醫(yī)療 （6）除濕器3. DHT11數(shù)字傳感器電源引腳以及串行接口電源引腳：DHT11的供電電壓為35.5 V。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個100 nF 的電容，用以去耦濾波。串行接口：DATA 用于微處理器與DHT11之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時間4ms左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說明，當前小數(shù)部分用于以后擴展，現(xiàn)讀出為零。操作流程為一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。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)

28、+8bit校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(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)”所得結果的末8位。用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。從模式下，DHT11 接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號，DHT11不會主動進行溫濕度采集。采集數(shù)據(jù)后轉換到低速模式，過程如圖3.3所示：圖3.3 通訊過程（1）總線空閑狀態(tài)為高電平，主機把總線拉低等待DHT11響應，主機把總線拉

29、低必須大于18ms，保證DHT11能檢測到起始信號。DHT11接收到主機的開始信號后，等待主機開始信號結束，然后發(fā)送80s低電平響應信號。主機發(fā)送開始信號結束后，延時等待2040s后，讀取DHT11的響應信號，主機發(fā)送開始信號后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高，過程如圖3.4所示：圖3.4 通訊過程（2）總線為低電平，說明DHT11發(fā)送響應信號，DHT11發(fā)送響應信號后，再把總線拉高80s，準備發(fā)送數(shù)據(jù)，每一bit數(shù)據(jù)都以50s低電平時隙開始，高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是0還是1。格式如圖3.5所示。如果讀取響應信號為高電平，則DHT11沒有響應，請檢查線路是否連接正常

30、。當最后一個bit數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11拉低總線50s，隨后總線由上拉電阻拉高進入空閑狀態(tài)。圖3.5 數(shù)字0信號表示方法DHT11數(shù)字傳感器規(guī)格與引腳如圖3.6所示：圖3.6 DHT11的規(guī)格與引腳4.DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。它應用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT11 傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程

31、序的形式儲存在 OTP 內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 m 以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝，連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。接口說明如圖3.4所示：圖3.7 DHT11典型應用電路第3.3節(jié) 光敏檢測電路光敏電阻是根據(jù)光電導效應制成的光電探測器件，光敏電阻的阻值會隨著光照的強弱的變化而變化。光照強，光敏電阻的阻值就??；光照弱，光敏電阻的阻值就大。光敏電阻的結構是在一塊光電導體兩端加上電極，貼在硬質玻璃、云母、高頻瓷或

32、其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內。光敏面做成蛇形，電極作成梳狀是因為這樣既可以保證有較大的受光表面，也可以減小電極之間距離，從而既可以減小電極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。在實際應用中，可以加直流偏壓，也可以加交流偏壓，它的電流隨電壓呈線性變化。本系統(tǒng)中利用光敏電阻的感光特性來檢測光線的強弱程度，通過檢測光線的強弱程度來判斷白天和黑夜，同時可輔助濕度傳感器檢測陰天與晴天，其電路結構圖如圖3.5所示：圖3.8 光敏檢測電路電路中光敏電阻型號為PGM5539，系統(tǒng)實現(xiàn)原理是利用光敏電阻的光電特性即光敏電阻受光照時阻值小于無光照時來使系統(tǒng)工作。在圖中，電路

33、工作前（正常光線下），調節(jié)電位器的阻值，使比較器LM393的反向輸入端的電位低于同向端的電位，這時比較器輸出為高，隨著光線的變暗，光敏電阻阻值增大，同向端電壓低于反相端時，比較器輸出變?yōu)榈?，則申請單片機外部中斷，單片機控制電機將衣服收回。第3.4節(jié) 直流電機驅動電路3.4.1直流電機及H橋驅動電路本設計采用H橋直流電機驅動電路，直流電機（direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發(fā)電機）的旋轉電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，

34、將機械能轉換為電能。直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。直流電機工作原理：直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產(chǎn)生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉受到的磁場方向將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。H

35、橋驅動電路如圖3.6所示，電路得名于“H橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖3.6及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動電路沒有畫出來）。電機控制采用H橋驅動電路，H橋式電機驅動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。圖3.9 H橋驅動電路要使電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖3.7所示，當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4回到電源

36、負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動電機順時針轉動。當三極管Q1和Q4導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅動電機按特定方向轉動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。圖3.10 H橋電路驅動電機順時針轉動圖3.8所示為另一對三極管Q2和Q3導通的情況，電流將從右至左流過電機。當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。圖3.11 H橋驅動電機逆時針轉動3.4.2使能控制和方向邏輯驅動電機時，保證H橋上兩個同側的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電

37、路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。圖3.9 所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本H橋電路的基礎上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關。而2個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖3.9所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。）圖3.12 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路采用以

38、上方法，電機的運轉就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果DIRL信號為0，DIRR信號為1，并且使能信號是1，那么三極管Q1和Q4導通，電流從左至右流經(jīng)電機（如圖3.10所示）；如果DIRL信號變?yōu)?，而DIRR信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導通，電流則反向流過電機。圖3.13 使能信號與方向信號的使用附：分立元件的H橋驅動電路如圖3.11所示：圖3.14 分立元件的H橋驅動電路由于單片機IO口的輸出電流較小，不足以驅動直流電機，所以我們在單片機IO口與驅動器之間加了74LS07作為驅動以增大單片機的負載能力。電路如圖3.12所示：圖3.15 7407驅動電路第4章 控制系統(tǒng)軟

39、件設計第4.1節(jié) 程序流程圖 系統(tǒng)軟件設計采用結構化和模塊化設計方法，便于程序的編譯、調試。根據(jù)設計的要求，和前面描述的控制系統(tǒng)硬件設計的具體情況，單片機控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 程序流程圖第4.2節(jié) 程序設計C 語言是一種計算機程序設計語言。它既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點。它可以作為系統(tǒng)設計語言，編寫工作系統(tǒng)應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序。C語言對操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言.C語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，而且它是

40、數(shù)值計算的高級語言。所以本次設計采用C語言編程。第4.3節(jié) 系統(tǒng)初始化軟件系統(tǒng)設計設置包括聲明庫函數(shù)如：#include<reg51.h>，#include <absacc.h>等，溫濕度檢測采用DHT11溫濕度傳感器，由于DHT11的單總線方式，數(shù)據(jù)的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴格按照時序進行。圖4.2為測溫濕度子程序流程圖。單片機首先發(fā)送復位脈沖，該脈沖使信號線上所有的DHT11芯片都被復位，接著發(fā)送ROM操作命令，使得序列號編碼匹配的DHT11被激活。被激活后的DHT11進入接收內存訪問命令狀態(tài)，內存訪問命令完成溫濕度轉換、讀取等工作（單總線在ROM

41、命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用）。接口定義系統(tǒng)應用如下：sbit DQ=P17；/數(shù)據(jù)傳輸線接單片機的相應管腳sbit key1=P13；/溫濕度切換sbit key2=P24；/電機正轉使衣架打開sbit key3=P35；/電機反轉使衣架收回系統(tǒng)初始化還要定系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變量如：bit FLAG；extern unsigned char LcdBuf5；INT8U LcdBuf5=0；unsigned char tempL=0；/設全局變量unsigned char tempH=1；float temperature；/w溫濕度值保存在temperature里第4.4節(jié) 溫濕度檢測溫

42、濕度檢測采用DHT11溫濕度傳感器，由于DHT11的單總線方式，數(shù)據(jù)的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴格按照時序進行。圖4.2為測溫子系統(tǒng)流程圖。單片機首先發(fā)送復位脈沖，該脈沖使信號線上的DHT11芯片都被復位，接著發(fā)送ROM操作命令，使得序列號編碼匹配的DHT11被激活。被激活后的DHT11進入接收內存訪問命令狀態(tài)，內存訪問命令完成溫度轉換、讀取等工作（單總線在ROM命令發(fā)送之前存儲命令和控制命令不起作用）。系統(tǒng)復位發(fā)匹配ROM指令發(fā)64位ROM碼發(fā)溫濕度轉換命令系統(tǒng)復位讀數(shù)據(jù)至內存發(fā)讀暫存命令發(fā)64位ROM碼發(fā)匹配ROM指令完成轉換？是返回否圖4.2 溫度檢測流程圖濕度測試采用5

43、55轉換電路來測試，系統(tǒng)首先通過外部定時器測出555轉換電路的輸出頻率，根據(jù)測試頻率利用公式4.1計算出濕度傳感器阻抗，通過上面DHT11對溫度的測試，這里讀取溫度值，查詢下表4.1得到當前濕度值。（4.1）表4.1 0-60濕度阻抗特性數(shù)據(jù)152535455530%518.8352.8256.7241.313735%347.6261.814313780.3340%277.2166.693.681.535.45%172.892.860.352.733.3850%96.360.641.4334.322.0555%70.840.429.1224.2515.8860%56.229.520.817.7

44、112.1765%43.321.115.6113.129.0270%31.315.4411.5110.096.5875%22.611.848.747.354.6480%15.89.136.525.463.3885%10.486.554.523.892.4890%74.63.152.651.807第4.5節(jié) 電路原理分析電路原理的設計可用MULTISIM2001進行仿真(如圖4.3所示)。J1開關代表溫濕度傳感器，當下雨時水使J1導通，運放U1輸出低電平，通過U2(555集成電路)單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時時間T=1.1xRPlxC1，其中RPl用于調節(jié)定時時間，J3為行程開關(常閉觸點)，

45、用于控制衣架收回的幅度，U2輸出高電平使V1飽和導通，繼電器J4得電，常開觸點閉合，控制電機的正轉，晾衣架收回，自動實現(xiàn)收衣動作。當傳動桿碰到位置開關J3時。常閉觸點自動斷開，V1截止，繼電器J4失電，開關斷開，電機停轉。J2為手動控制開關用于人工控制收衣動作。當溫濕度傳感器干時，J1自動斷開，使電路處于正常狀態(tài)。RP3電位器代表光敏傳感器(光敏電阻)，RP2用于調節(jié)光敏電阻的靈敏度，當陽光充足時，光敏電阻阻值下降使運放U3輸出低電平，經(jīng)過C4和R12的微分電路，再通過U4(555集成電路)單穩(wěn)觸發(fā)電路，輸出高電平，定時時間T=1.1xRP4xC5，其中RP4用于調節(jié)定時時問，J6為行程開關(

46、常閉觸點)，用于控制衣架伸出的幅度，U4輸出高電平使V2飽和導通。繼電器J7得電，常開觸點閉合，控制電機的反轉，晾衣架伸出，自動實現(xiàn)晾衣動作。當傳動桿碰到位置開關J6時。常閉觸點自動斷開，V2截止，繼電器J7失電，開關斷開，電機停轉。J5為手動控制開關，用于人工控制晾衣動作。圖4.3 電路原理圖第5章 系統(tǒng)整體調試按電路圖接好電路之后，就在Keil uVision4上編寫程序并用JDT-8052XP仿真器作整機調試，JDT-8052XP仿真器兼容Keil公司的Kiel C51開發(fā)環(huán)境,用戶能夠直 接在功能強大的集成環(huán)境下進行軟件設計和硬件調試。使用專業(yè)仿真芯片仿真標準MCS-51內核的單片機更

47、加真實,性能更加可靠穩(wěn)定,絕對沒有占用標準MCS-51內核單片機的任何用戶資源。實時監(jiān)測和顯示目標MCU的TXD引腳輸出支持Keil的printf函數(shù)打印輸出具備了實時跟蹤內部變量變化和程序輸出的功能內部具有完善的保護電路避免了使用中由于誤操作所引起的仿真器損毀。仿真器自帶64K 程序存儲器和64K硬件斷點存儲器等很多強大功能。圖5.1 JDT-8052XP仿真器連接圖運用JDT-8052XP仿真器在Keil uVision4上編和調試寫程序很方便、快捷， 現(xiàn)將各個小的子程序調好，并檢查是否有錯誤和警告的出現(xiàn)。之后在將他們組合在一起，根據(jù)程序的流程圖撰寫主程序并作整機調試。檢查I/O 口是否有

48、重定義和發(fā)生沖突等容易出現(xiàn)問題。結 論本設計采用AT89S52作為主控芯片，設計了一種智能的溫濕度自動晾衣桿。信號轉換與輸送系統(tǒng)是由單片機來完成的，單片機接受到DHT11溫濕度傳感器的溫濕度信號后將其處理轉化為所需的穩(wěn)定電信號。經(jīng)過分析處理后的電信號傳輸給由H橋驅動電路帶動的直流電動機組成的伸縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)大氣的溫濕度以及光照度來控制電動機帶動傳動輪向室內移動或者向室外移動完成其伸縮功能，完全實現(xiàn)收晾衣服的自動化控制。參考文獻1 盧艷軍主編.單片機基本原理及應用系統(tǒng)M.北京：機械工業(yè)出版社,2005.2 單成祥.傳感器的理論與設計基礎及其應用M .北京:國防工業(yè)出版社, 1999: 132 -140.3 孫育才, 孫華芳,王榮興編著.單片機原理及其應用M.北京：電子工業(yè)出