程昭順　盧涵宇

摘要：隨著我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛快速發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，智能家居生活越來(lái)越杯重視。該文基單片機(jī)STC15L2K60S2作為主控芯片設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)?？梢苑奖愕乜刂屏酪录艿闹悄苌?，超重報(bào)警、雨天自動(dòng)收起等功能，操作方面，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

關(guān)鍵詞：晾衣架STC；自動(dòng)；升降；單片機(jī)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）18-0083-03

隨著物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，智能家具走人尋常百姓家，自動(dòng)晾衣架是智能生活中的一個(gè)最為普遍使用的生活用品。

本文設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)晾衣架控制系統(tǒng)，選用單片機(jī)中的STC 15F2K60S2作為核心元器件。利用壓感技術(shù)檢測(cè)所掛衣物的重量，利用無(wú)源蜂鳴器來(lái)提醒所掛衣物超重的情況。并且設(shè)計(jì)一個(gè)光傳感器來(lái)控制晾曬的時(shí)間，其晾曬時(shí)間是依據(jù)陽(yáng)光照射強(qiáng)度來(lái)智能調(diào)控的。

1整體系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，利用單片機(jī)STC15L2K60S2作為主控芯片來(lái)控制晾衣架的智能升降。工作原理為光敏電阻將采集到的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化為可以被單片機(jī)使用的電信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)智能運(yùn)算處理來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)升降功能、超重自動(dòng)報(bào)警等功能。

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)是以STC15L2K60S2單片機(jī)最小系統(tǒng)為核心芯片，當(dāng)接通電源之后，LED燈管作為指示燈亮，掛上衣物后，智能判斷是否超重，由蜂鳴器是否報(bào)警來(lái)判斷是否關(guān)閉步進(jìn)電機(jī)，若無(wú)超重會(huì)指示光傳感器判斷光照強(qiáng)度是否合適，進(jìn)一步通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制智能晾衣架是否正常晾曬，正常晾曬情況根據(jù)光照強(qiáng)度，估算并定時(shí)，時(shí)間滿足則停止晾曬。

2硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，硬件部分設(shè)計(jì)總有8個(gè)模塊，分別有電源電路、步進(jìn)電路、蜂鳴器報(bào)警電路、光強(qiáng)檢測(cè)電路、壓感電路、溫濕度傳感器電路、按鍵控制電路和顯示電路。

2.1電源電路

設(shè)計(jì)中采用AMS1117作為這次設(shè)計(jì)的穩(wěn)壓元器件，采用5V電壓為剩下的LED、按鍵模塊、蜂鳴器、光傳感器模塊供電。

2.2步機(jī)電路

本設(shè)計(jì)使用的是步進(jìn)電機(jī)選用高耐壓、大電流復(fù)合晶體管IC-ULN2003，ULN2003作為驅(qū)動(dòng)芯片接人除5引腳之外的其余引腳，用來(lái)處理運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)并傳給步進(jìn)電機(jī)。而剩下的5引腳是留出來(lái)接供應(yīng)電的。并且選用值為10uF的電容充當(dāng)阻擋干擾的元器件，一旦光強(qiáng)檢測(cè)電路正常工作并對(duì)光照采集完畢之后，就可以通過(guò)軟件工作達(dá)到定時(shí)的功能。

在此次設(shè)計(jì)電路中，通過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003L直接與單片機(jī)的P2.3-P2.6相連的辦法來(lái)控制其引腳的電壓變化，進(jìn)而控制其步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，或者直接控制開(kāi)關(guān)按鈕來(lái)控制其步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。

2.3蜂鳴器報(bào)警電路

設(shè)計(jì)選用無(wú)源蜂鳴器作為蜂鳴器報(bào)警電路的元器件。而由于在此次設(shè)計(jì)中是用直流電直接供能的，所以還得依靠單片機(jī)輸出脈沖來(lái)提供振蕩電路用以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。

2.4光強(qiáng)檢測(cè)電路

設(shè)計(jì)的光強(qiáng)檢測(cè)電路中，光傳感元器件GND引腳和ADD引腳接地，VCC引腳接5伏電源供能，SDA引腳接C總線的數(shù)據(jù)信號(hào)，SCL引腳接C總線的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)光線照射在元器件上時(shí)光傳感器開(kāi)始工作，通過(guò)光敏電阻將光照強(qiáng)度影響的電壓或電流變化轉(zhuǎn)換成一定的數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送給系統(tǒng)主機(jī)，進(jìn)而達(dá)到系統(tǒng)核心部分對(duì)步進(jìn)機(jī)元器件的控制效果。

2.5溫濕度傳感器電路

設(shè)計(jì)選用DHT11數(shù)字溫濕度傳感器采用的是單線制串行接口，進(jìn)而讓體系集成變成簡(jiǎn)易快捷，具備非常高的可靠性能與長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性能，傳感器中包含一個(gè)電阻式的感濕元器件與一個(gè)NTC的測(cè)溫元器件，然后和具備一個(gè)高能效8位單片機(jī)相連接，所以這個(gè)產(chǎn)品本身具有優(yōu)秀的品質(zhì)、非?？焖俚捻憫?yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、超高的性?xún)r(jià)比等優(yōu)點(diǎn)。

2.6壓感電路

壓力感應(yīng)技術(shù)的工作原理就是通過(guò)添加一個(gè)定值電壓在電阻外膜上，當(dāng)不受外力時(shí)電阻不通電，電壓值為零，不產(chǎn)生定位信息。而當(dāng)有外力作用在電阻膜上的某一處時(shí)，電阻膜有電流通過(guò)，定位信息產(chǎn)生。此次設(shè)計(jì)只需利用壓力改變阻值變換的性質(zhì)來(lái)設(shè)計(jì)電路。

2.7按鍵控制電路

如圖2所示，利用五個(gè)控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制電路，S1控制開(kāi)關(guān)能夠同時(shí)做正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)電路控制。$2-$5控制開(kāi)關(guān)都是獨(dú)立連接的，當(dāng)其中某一個(gè)控制開(kāi)關(guān)按鍵被按下時(shí)，在輸入線上通過(guò)檢測(cè)其電平變化就能夠確認(rèn)到是哪個(gè)開(kāi)關(guān)控制的。

2.8顯示電路

設(shè)計(jì)選用無(wú)源蜂鳴器作為蜂鳴器報(bào)警電路的元器件。而由于在此次設(shè)計(jì)中是用直流電直接供能的，所以還得依靠單片機(jī)輸出脈沖來(lái)提供振蕩電路用以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。考慮到兼容性問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)使用總線式接口電路方式，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能介入到顯示器內(nèi)部，顯示器需要顯示的內(nèi)容直接從其本身存儲(chǔ)器中提取出來(lái)，為后期的功能擴(kuò)展和系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)了便利。

3系統(tǒng)仿真和實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)軟件測(cè)試

本次設(shè)計(jì)我們選取Keil編譯器來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單仿真，Keil編譯器開(kāi)發(fā)軟件是一款由Keil公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的，Keil編譯器包括以下幾個(gè)組成部分。

1）uVision2：該環(huán)境作為一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中集成了項(xiàng)目管理、源代碼編譯和程序調(diào)試燈等功能，適合各類(lèi)單片機(jī)仿真。

21 C51交叉編譯器：編譯C源代碼自動(dòng)生成能再定位的指定目標(biāo)文件。

3）A51宏匯編器：匯編MCS-51程序代碼生成能再定位的目標(biāo)文件。

5）LIB51庫(kù)管理器：合并目標(biāo)文件，自動(dòng)生成庫(kù)文件供連接器使用。

61 OH51目標(biāo)文件至HEX格式轉(zhuǎn)換器：從絕對(duì)目標(biāo)文件創(chuàng)建Intel HEX格式的文件。

7）RXT-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real-Time Operating System，RTOS）：將對(duì)時(shí)間相對(duì)敏感等復(fù)雜情況進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化

3.2調(diào)試原則

軟件調(diào)試部分基于實(shí)物使用Keil編譯器來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單仿真，調(diào)試中主要針對(duì)壓感是否超重部分，定時(shí)部分以及按鍵控制部分，檢測(cè)是否存在理想問(wèn)題。

1）明確課題背景和研究目的，尋出可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，提早尋出克服方法。

2）理清設(shè)計(jì)思路，規(guī)劃軟件設(shè)計(jì)總體框架。

3）使用Keil編譯器編譯單片機(jī)源程序：保證資源分配，功能實(shí)現(xiàn)，注意程序語(yǔ)句不能過(guò)于繁瑣，為了方便后期尋出問(wèn)題，源程序中標(biāo)注段落注釋?zhuān)鞔_各功能程序模塊。

4）程序調(diào)試，改正，程序優(yōu)化。

如圖3所示，對(duì)整體系統(tǒng)測(cè)試框圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)超重檢測(cè)、定時(shí)檢測(cè)、手動(dòng)控制部分進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)的和測(cè)試。

3.3雨天收衣電路的仿真

如圖4所示，下雨時(shí)濕度傳感器得到信號(hào)，J1閉合，發(fā)送U2傳送出一個(gè)低電平，然后經(jīng)過(guò)A1（555集成電路）單穩(wěn)態(tài)來(lái)觸發(fā)電路工作，接著傳送出一個(gè)高電平，讓繼電機(jī)元器件J2獲得電流，進(jìn)而能夠控制其電機(jī)的正轉(zhuǎn)工作，最終晾衣架得以收回，在仿真圖中，R4的作用是調(diào)節(jié)定時(shí)的時(shí)間，當(dāng)過(guò)了定時(shí)的時(shí)間T=1.1R4C1后，燈泡熄滅停止工作，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)收衣這個(gè)動(dòng)作，電路又恢復(fù)正常的狀態(tài)。

4結(jié)論

貴州省委、省政府大力發(fā)展大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)，智能家居也正快速發(fā)展，智能晾衣架也正走入千家萬(wàn)戶，本文基于單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種晾衣架自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制晾衣架的智能升降和超重自動(dòng)報(bào)警等功能，系統(tǒng)可操作性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。endprint