單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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摘要：在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的推動(dòng)下，智能家居得到了廣泛應(yīng)用，文章根據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，針對(duì)基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開論述，具體包括兩個(gè)方面的內(nèi)容———硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；智能晾衣系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

引言

結(jié)合當(dāng)前晾衣架系統(tǒng)研究發(fā)展現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種智能晾衣架系統(tǒng)，可以幫助人們擺脫傳統(tǒng)繁瑣的晾衣程序。本次系統(tǒng)操作十分簡(jiǎn)單，占地空間比較小，具有美觀實(shí)用的特點(diǎn)。本文主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行論述，為當(dāng)前單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供借鑒。

1硬件設(shè)計(jì)

本次單片機(jī)采用了光照和雨滴兩個(gè)天氣信號(hào)，然后控制旋轉(zhuǎn)衣架。整個(gè)系統(tǒng)主要利用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，在天晴的時(shí)候，可以把衣架轉(zhuǎn)出，進(jìn)行衣物的晾曬；在沒有陽(yáng)光或者在下雨的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)到室內(nèi)，防止衣服被淋濕。

1.1整體設(shè)計(jì)圖

本次整體設(shè)計(jì)圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，利用光照傳感器和雨滴傳感器感知周圍的天氣，然后進(jìn)行判斷，做出相應(yīng)的動(dòng)作。設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出光照和雨滴的閾值；單片機(jī)就會(huì)控制衣架來回轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能控制。

1.2光照傳感器

為了對(duì)外部光照強(qiáng)度進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)量，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，在本次設(shè)計(jì)中，主要利用光敏電阻測(cè)量光照，隨著光照逐漸的增強(qiáng)，光敏電阻逐漸減小，通過實(shí)際測(cè)量，可以分析光敏電阻的電子變化范圍。在光照強(qiáng)度增強(qiáng)到很大的情況下，光敏電阻就會(huì)達(dá)到幾百兆歐姆。在黑暗的條件下，光敏電阻的阻值為幾兆歐姆。為了實(shí)現(xiàn)最為理想控制效果，保證光敏電阻阻值與實(shí)際操作向匹配，本次設(shè)計(jì)采用10K電阻，作為上拉電阻。根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的情況，在光照強(qiáng)度達(dá)到很大的條件下，光敏電阻值就非常?。辉诠庹諒?qiáng)度達(dá)到很小的條件下，就是周圍非常黑暗，光敏電阻值就會(huì)很大。電壓信號(hào)輸出以后，通過電容濾波，就會(huì)保證信號(hào)波形更加平滑，提升了單片機(jī)信號(hào)處理的速度，避免由于光照強(qiáng)度不穩(wěn)定導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤判的問題，如圖2所示。

1.3雨滴傳感器設(shè)計(jì)

這種傳感器又被稱為雨滴檢測(cè)傳感器，主要是為了是否下雨、對(duì)雨滴沖擊量、靜電電容量以及光亮變的進(jìn)行精確的檢測(cè)，為系統(tǒng)做出下一步的動(dòng)作提供幫助。在本次系統(tǒng)使用的雨滴傳感器中，一旦有雨滴滴落在檢測(cè)極板上，相應(yīng)的電阻就會(huì)出現(xiàn)新的變化，傳感器就會(huì)對(duì)輸出的電壓進(jìn)行檢測(cè)。在雨滴傳感器運(yùn)行過程中，主要利用上拉10K電阻的方式，把電阻變化轉(zhuǎn)化成電壓變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)控。通過LED的指示說明，可以明確整個(gè)電路運(yùn)行的基本情況。如圖3所示。

1.4衣架位置傳感器

本次設(shè)計(jì)主要采用紅外傳感器對(duì)衣架的具體位置進(jìn)行判斷，在衣架運(yùn)動(dòng)到紅外傳感器范圍內(nèi)，紅外傳感器就會(huì)發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)就會(huì)讀取衣架的具體位置。為了保證信號(hào)能夠正常運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)在室內(nèi)和室外分別安裝一個(gè)紅外檢測(cè)傳感器。在衣架位于室內(nèi)時(shí)，為了保證位置在相應(yīng)的范圍內(nèi)，紅外傳感器就對(duì)衣架的位置進(jìn)行判斷，防止出現(xiàn)移動(dòng)過度或者不到位的問題。

1.5STM32控制器

STM32控制器性能很強(qiáng)，可以投入少量的成本，屬于一種低耗能的單片機(jī)。本次設(shè)計(jì)主要采用STM32F103C8T6單片機(jī)。在STM32系列單片機(jī)運(yùn)用過程中，主要采用集成AD模塊，通過控制器運(yùn)行，就能實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)化和音頻數(shù)據(jù)編碼，對(duì)紅外發(fā)射電路進(jìn)行控制。

1.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

本次系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)主要采用ULN2003驅(qū)動(dòng)，具有耐高壓和高性能的特點(diǎn)，主要由NPN復(fù)合晶體管組成，芯片運(yùn)行原理圖如圖4所示。在單片機(jī)運(yùn)行過程中，主要利用IO控制輸出驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行信號(hào)輸入。ULN2003輸出的信號(hào)就會(huì)傳輸?shù)讲竭M(jìn)電機(jī)的引腳上。如圖5所示。

1.7液晶顯示屏

本次設(shè)計(jì)主要采用Nokia5110液晶，具有很高的性價(jià)比，接口簡(jiǎn)單便利，效果好，穩(wěn)定性比較強(qiáng)。

2軟件設(shè)計(jì)

本次軟件設(shè)計(jì)主要采用C語(yǔ)言。根據(jù)只能晾衣系統(tǒng)的要求，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)采集光照和雨滴兩個(gè)天氣信號(hào)，通過步進(jìn)電機(jī)衣架的旋轉(zhuǎn)，在天氣晴朗沒有下雨的條件下，系統(tǒng)就會(huì)把衣架轉(zhuǎn)到室外，進(jìn)行衣物的晾曬；在沒有陽(yáng)光、下雨的條件或者天黑的條件下，系統(tǒng)就會(huì)把衣架轉(zhuǎn)到室內(nèi)，防止被雨淋濕。

2.1系統(tǒng)整體分析

如遇下雨天氣，系統(tǒng)動(dòng)作會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)移到室內(nèi)的操作；如遇未下雨陽(yáng)光充足的天氣，則將進(jìn)行轉(zhuǎn)移到室外的操作。系統(tǒng)會(huì)根據(jù)天氣情況，做出相應(yīng)的動(dòng)作，為人們提供便利，減少了人為的操作。

2.2軟件算法

經(jīng)過系統(tǒng)初始化、外設(shè)初始化計(jì)算以后，設(shè)計(jì)人員主要根據(jù)陽(yáng)光與雨滴設(shè)計(jì)相應(yīng)的閾值，從而進(jìn)一步分析光照強(qiáng)度和雨滴強(qiáng)度，讓系統(tǒng)做出判斷，是否出去晾曬。在陽(yáng)光強(qiáng)度沒有達(dá)到要求、下雨以及天黑等條件下，系統(tǒng)不會(huì)晾曬衣物。但是根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的情況，需要進(jìn)行定期的檢查，防止被東西卡住。算法流程圖如圖6所示。

2.3軟件容錯(cuò)處理

本次系統(tǒng)主要采用時(shí)間累計(jì)的方式，對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行判斷，根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，衣架從而完成整個(gè)移動(dòng)動(dòng)作的時(shí)間大概為20秒，一旦累計(jì)時(shí)間超出了設(shè)計(jì)的時(shí)間（30秒），證明衣架位置傳感器沒有檢測(cè)到衣架的位置，說明出現(xiàn)了故障，需要維護(hù)人員及時(shí)調(diào)整。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)單片機(jī)智能晾衣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)外面的天氣情況做出轉(zhuǎn)移到室內(nèi)和轉(zhuǎn)移到室外的動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作，滿足智能家居的設(shè)計(jì)要求。為了滿足實(shí)際使用的要求，在未來設(shè)計(jì)中，還可以增加前后伸縮和上下伸縮的設(shè)計(jì)，不斷完善現(xiàn)有系統(tǒng)性能，為客戶提供更加便利的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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作者：鄧宇 單位：秦皇島技師學(xué)院