智能晾衣架的設(shè)計與實現(xiàn)

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1、智能晾衣架的設(shè)計與實現(xiàn) 摘 要 社會在一天天發(fā)展進步，智能產(chǎn)品在我們的家庭生活中出現(xiàn)的頻率也日益增多，給人們的日常生活帶來了便利。然而，洗滌工具仍處于相對原始的水平變化不大，正在逐漸脫離我們的生活。對現(xiàn)在城市里的大多數(shù)人來說，他們每天忙于工作，白天很少呆在家里，所以當(dāng)天氣突然變了，他們不能及時把衣服拿回來。針對這一問題，本文研究了將DHT11溫濕度傳感器和光敏電阻采集的信號傳輸?shù)胶诵膯纹瑱CAT89S52的智能晾衣架系統(tǒng)。根據(jù)實時的溫度、濕度和光強，判斷衣物烘干架是否應(yīng)該收回。 當(dāng)空氣中的相對濕度超過設(shè)置值(認(rèn)為會下雨或已經(jīng)下雨)或光明變成黑暗一定值(認(rèn)為已經(jīng)進入黑天),該系統(tǒng)將

2、發(fā)出報警,提醒業(yè)主收集衣服并延遲時間。無響應(yīng)后，系統(tǒng)自動向電機發(fā)送脈沖信號，從而控制機械部分自動取回衣架。 關(guān)鍵詞：智能 AT89S52 DHT11  Abstract With the continuous development and progress of the society, intelligent products are constantly pouring into our family life, bringing convenience to peoples daily life. However, the washing tools are st

3、ill not changing at a relatively primitive level and are gradually getting out of our lives. For most people in the city today, they are busy with work every day and rarely stay at home during the day, so when the weather suddenly changes, they cant get their clothes back in time. In response to thi

4、s problem, this paper studies the intelligent drying rack system that transmits the signal collected by DHT11 temperature and humidity sensor and photoresistor to the core single chip AT89S52. According to the temperature, humidity and light intensity at that time, it is judged whether the clothes d

5、rying rack should be retracted. When the relative humidity in the air exceeds the set value (it thinks it will rain or has rained) or the light becomes dark (assuming it has entered the black sky), the system will issue an alarm to remind the owner to collect clothes and delay the time. After no re

6、sponse, the system automatically sends a pulse signal to the motor to control the mechanical part to automatically retrieve the 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(shè)計 3 第2.1節(jié) 總系統(tǒng)設(shè)計框圖 3 第2.2節(jié) 系統(tǒng)組

7、成概述 4 第2.3節(jié) 系統(tǒng)硬件電路選擇 4 第2.4節(jié) 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 第2.5節(jié) 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 5 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 7 第3.1節(jié) 單片機的介紹及其工作系統(tǒng)設(shè)計 7 第3.2節(jié) 溫濕度傳感器電路 10 第3.3節(jié) 光敏檢測電路 14 第3.4節(jié) 直流電機驅(qū)動電路 15 第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 21 第4.1節(jié) 程序流程圖 21 第4.2節(jié) 程序設(shè)計 21 第4.3節(jié) 系統(tǒng)初始化 22 第4.4節(jié) 溫濕度檢測 22 第4.5節(jié) 電路原理分析 25 參考文獻 28 II  前 言 如今，人們的生活追求個性化和自動化

8、，對家居裝飾的要求也越來越高。家庭的人性化和智能化要求使得智能控制技術(shù)在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅優(yōu)化了人們的生活方式和生活環(huán)境，而且有利于人們有效地安排時間和節(jié)約能源。人們已經(jīng)實現(xiàn)了家用電器、照明、窗簾控制、防盜報警器的智能化，但衣物晾曬工具仍處于相對原始的水平，變化不大，并逐漸脫離了我們的生活。 目前，人們使用的衣架大多是傳統(tǒng)的，不能隨著外界環(huán)境的變化而自動收縮。如果家里是雙職工，或者不在家，因此，如果下雨或是晚上，傳統(tǒng)的晾衣架就不能在戶外避雨露水。在炎熱的夏天，上班族通常整天把衣服掛在戶外。 即使在家里，為了減少麻煩，家庭也很少在夏天中午把衣服帶回房間，然后等氣溫下降

9、后把衣服帶出去晾干。事實上，暴露在陽光下對衣服造成的損害是很大的。 目前，國內(nèi)也有智能晾衣架廠家，但其智能晾衣架均安裝在陽臺上，通過電路控制，可根據(jù)不同條件垂直升降晾衣架，以實現(xiàn)智能晾衣架的功能。本設(shè)計采用溫濕度傳感器和光敏傳感器對外界天氣中的雨水、溫度和光線進行感應(yīng)，并采用傳感器和單片機驅(qū)動電機控制晾衣架的伸縮，達到智能晾衣的目的。  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，人們的生活追求個性化、自動化、節(jié)奏快、對家居裝飾的要求高。隨著人性化和智能化的要求，智能控制技術(shù)在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅優(yōu)化了人們的生活方式和生活環(huán)境，而且有助

10、于人們做出有效的安排。節(jié)省時間和能源。實現(xiàn)家用電器、照明、窗簾控制、防盜報警、定時控制、電話遙控。隨著高智能家居的快速發(fā)展，烘干機的智能化發(fā)展明顯滯后于其他家電的智能化發(fā)展，引起了社會的廣泛關(guān)注。 第1.2節(jié) 研究目的與研究方法 1.2.1研究目的 目前，人們使用的衣架大多是傳統(tǒng)的，不能隨著外界環(huán)境的變化而自動收縮。如果家里是雙職工，或者不在家，那么如果下雨或晚上，傳統(tǒng)的晾衣架不能使衣服在戶外避雨、露水。在炎熱的夏天，上班族通常把衣服掛在戶外一整天。即使在家里，為了減少麻煩，家庭也很少在夏天中午把衣服帶回房間，然后等氣溫下降后把衣服帶出去晾干。事實上，暴露在陽光下對衣服造成的損害是很

11、大的。 目前，國內(nèi)也有智能晾衣架廠家，但其智能晾衣架均安裝在陽臺上，通過電路控制，可根據(jù)不同條件垂直升降晾衣架，以實現(xiàn)智能晾衣架的功能。本設(shè)計采用單片機作為智能晾衣架的檢測和控制核心。外部環(huán)境的溫度和濕度由溫度和濕度傳感器檢測。當(dāng)溫度或濕度達到一定值時，單片機控制電機向前（或向后）旋轉(zhuǎn)，使懸掛器自動收回。當(dāng)傳動桿接觸到位置開關(guān)時，電機停止轉(zhuǎn)動；當(dāng)雨停了，陽光充足時，電機停止轉(zhuǎn)動。光敏電阻將信息反饋給單片機，單片機控制電機反轉(zhuǎn)（或前進），使衣架自動伸縮，接受空氣干燥。晾衣桿通過滑輪和鋼絲繩與傳動軸連接。 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、元件焊接等技術(shù)。只

12、有掌握了相關(guān)知識，只有這樣才能實現(xiàn)程序的成功設(shè)計。只有通過閱讀、整理、分析大量的相關(guān)書刊，才能獲得有價值的研究資料。因此，文獻法是本研究中最重要的研究方法。 (2)觀察方法?？茖W(xué)觀察是有目的的、有計劃的、系統(tǒng)的、可重復(fù)的。在科學(xué)實驗和調(diào)查中，觀察在擴大人們的感性認(rèn)識，啟發(fā)人們的思維，導(dǎo)致新的發(fā)現(xiàn)方面發(fā)揮著作用。因此，這對本研究有很大的幫助。 第1.3節(jié) 研究意義 根據(jù)目前晾衣架的發(fā)展現(xiàn)狀，本設(shè)計開發(fā)了一種智能晾衣架，可以幫助人們擺脫原有的操作。本實用新型的主要特點是可伸縮，操作簡單，占地面積小，美觀實用。類似產(chǎn)品有一個可伸縮的類型,但屬于組裝,操作比較麻煩,但這干燥機是通過溫度和濕

13、度傳感器和光敏傳感器感應(yīng)在外面雨,溫度和光線條件下,使用傳感器,單片機驅(qū)動電機控制晾曬機的拉伸和收縮,從而達到智能晾曬衣物的目的。 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計 第2.1節(jié) 總系統(tǒng)設(shè)計框圖 本設(shè)計以Atmel AT89S52單片機為控制核心，采用溫濕度傳感電路、光敏傳感電路等外圍輔助檢測電路控制電機運動，實現(xiàn)服裝收集烘干的智能化功能。總體設(shè)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 該系統(tǒng)可安裝在陽臺外，節(jié)省空間。同時，通過溫度、濕度和感光檢測電路，自動測量當(dāng)前的空氣溫度、濕度和光強。根據(jù)當(dāng)前的溫度、濕度和光照強度，可以判斷吊具是否被移

14、除。當(dāng)下雨或下雨時，當(dāng)空氣中相對濕度急劇上升并超過設(shè)定值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出警報（提示主人取衣服）。如果無人接聽系統(tǒng)默認(rèn)為無人接聽，系統(tǒng)將自動給出電機脈沖，完成自動收衣功能。 第2.3節(jié) 系統(tǒng)硬件電路選擇 控制使用擴展單片機AT89S52的核心系統(tǒng),高性能80c51的靜態(tài)設(shè)計,非易失性閃存程序內(nèi)存由先進CMOS工藝,全部12個時鐘和6個時鐘操作支持,包含128字節(jié)和256gb的RAM,I/O端口第32行,3個16位定時器/計數(shù)器,6輸入4中斷優(yōu)先級嵌套結(jié)構(gòu),一個串行I/O端口,可以滿足本系統(tǒng)的需要。 系統(tǒng)的檢測部分由DHT11溫濕度傳感器和5547光阻組成。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是

15、一種具有標(biāo)定數(shù)字信號輸出的復(fù)合溫濕度傳感器。采用特殊的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有高可靠性和優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。該傳感器由電阻式濕度傳感器和NTC溫度傳感器組成。它具有質(zhì)量優(yōu)良、響應(yīng)速度快、抗干擾能力強、性價比高等優(yōu)點。超小型、低功耗、信號傳輸距離可達20米，是各種應(yīng)用的最佳選擇，甚至是最苛刻的應(yīng)用。本產(chǎn)品為4針單列針封裝，連接非常方便。 系統(tǒng)電機采用H橋直流電機驅(qū)動。在實際使用中,它是很麻煩的H橋與離散的組件,但現(xiàn)在有很多包裝H橋市場上的集成電路,它可以連接到電源、電動機和控制信號,它是非常方便和可靠的使用在額定電壓和電流。如常用的L293D、L298N、TA7257P、S

16、N754410等。 第2.4節(jié) 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計方法，便于程序的編寫和調(diào)試。根據(jù)上述控制系統(tǒng)的設(shè)計要求和硬件設(shè)計，單片機控制系統(tǒng)的軟件程序結(jié)構(gòu)如圖2.2所示: 圖2.2 軟件程序結(jié)構(gòu)示意圖 第2.5節(jié) 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡單的可伸縮的機械執(zhí)行機構(gòu)來實現(xiàn)衣服的收晾工作，初步設(shè)計如圖2.3所示： 圖2.3 系統(tǒng)機械執(zhí)行機構(gòu) 第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 完成了總體設(shè)計后,本章主要完成主控單元的硬件設(shè)計，包括核心芯片的選擇和電路設(shè)計，主要選擇單片機，溫濕度，光路和外圍電路，然后根據(jù)系統(tǒng)功能的要求以及protel99se軟

17、件板的詳細(xì)設(shè)計。 第3.1節(jié) 單片機的介紹及其工作系統(tǒng)設(shè)計 3.1.1 AT89S52特點 AT89S52是一款低功耗，高性能CMOS8位微控制器，具有8K可編程閃存。采用Atmel的高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，完全兼容工業(yè)80C51產(chǎn)品規(guī)格和引腳。片上閃存允許程序存儲器在系統(tǒng)中編程，也適用于傳統(tǒng)的編程器。AT89S52單片機采用智能8位CPU和可編程閃光燈，為嵌入式控制應(yīng)用提供了一種靈活高效的解決方案。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：0Hz～33Hz l 三級

18、加密程序存儲器 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(biāo)識符 引腳結(jié)構(gòu)如圖3.1所示： 圖3.1 AT89S52引腳結(jié)構(gòu) 引腳號 第二功能 P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 P1.1 T2EX（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 MOSI（在系統(tǒng)編程用） P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用） P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）

19、 引腳號 第二功能 P3.0 RXD （串行輸入） P3.1 TXD （串行輸出） P3.2 (外部中斷0) P3.3 (外部中斷0) P3.4 T0 （定時器0外部輸入） P3.5 T1 （定時器1外部輸入） P3.6 (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) 1.內(nèi)存結(jié)構(gòu) MCS-51設(shè)備有獨立的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存都可以在64K處尋址。 程序內(nèi)存:如果引腳接地，程序只從外部內(nèi)存讀取。 對于89S52，如果連接到VCC，程序首先從內(nèi)部內(nèi)存(地址0000H ~ 1FFFH)讀寫，然后從外部地址:2000

20、H~FFFFH讀寫。 2.中斷 AT89S52有6個中斷源：2個外部中斷（INT0和INT1），3個定時器中斷（定時器0,1,2）和一個串行中斷。每個中斷源都可以通過設(shè)置或清除特殊用途寄存器IE中的相關(guān)中斷控制位來置位或禁止中斷源。IE還包括一個允許中斷控制的總控制位EA，它可以立即禁止所有中斷。6位數(shù)字不可用。對于AT89S52，IE.5也不可用。用戶軟件不應(yīng)將1寫入這些位。它們保留給新的AT89系列。 定時器2可由TF2和EXF2中的邏輯或寄存器T2CON觸發(fā)。程序進入中斷服務(wù)后，這些標(biāo)志可由硬件清除。實際上，中斷服務(wù)程序必須確定TF2或EXF2是否激活中斷，并且標(biāo)志位必須由軟件清零

21、。 定時器0和定時器1標(biāo)志位TF0和TF1在計數(shù)溢出期間設(shè)置為S5P2。它們的值被電路捕獲，直到下一個周期。然而，定時器2的標(biāo)志位TF2在計數(shù)溢出時段的S2P2中被設(shè)置，并且由電路以相同的周期捕獲。 3.1.2單片機工作系統(tǒng)設(shè)計 復(fù)位電路和時鐘電路是微控制器最小系統(tǒng)的基本組成部分。復(fù)位電路通常采用兩種方式：上電自動復(fù)位和按鍵復(fù)位。該系統(tǒng)使用手動復(fù)位按鈕，這種方式方便、簡單、易于操作。通過電阻將RST端子連接到電源VCC來實現(xiàn)。每個功能組件的操作基于單片機的時鐘控制信號，并且以有序的方式執(zhí)行一個節(jié)拍。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量直接影響單片機的穩(wěn)定性。有兩種時鐘電路設(shè)

22、計：內(nèi)部時鐘模式和外部時鐘模式。單片機最小系統(tǒng)的工作電路如圖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)字溫度和濕度傳感器采用單線系統(tǒng)串行接口，可實現(xiàn)輕松快速的系統(tǒng)集成。傳感器的高可靠性和長期穩(wěn)定性包括一個元件和一個連接到高性能8位微控制器的電阻濕度NTC溫度測量元件。因此，該產(chǎn)品質(zhì)量好，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強，性價比高。超小型，低功耗和高達20米的信號傳輸距離使其成為各種應(yīng)用甚至是最苛刻應(yīng)用的最佳選擇。 1. DHT11傳感器的特點: (1)相對濕度和溫度的測量 (2)全部校準(zhǔn)，數(shù)字輸出 (3)長期穩(wěn)定性好 (4)不需要

23、額外的零件 (5)信號傳輸距離極長 (6)超低能耗 (7)安裝4個引腳 (8)完全可以互換 2. DHT11的應(yīng)用領(lǐng)域 (1)暖通測試及測試設(shè)備 (2)汽車數(shù)據(jù)記錄儀 (3)消費品的自動控制 (4)氣象站家用電器 (5)醫(yī)用濕度調(diào)節(jié)器 (6)除濕機 3.DHT11數(shù)字傳感器電源腳與串行接口 電源引腳：DHT11電源電壓為3~5.5v。當(dāng)傳感器通電時，它等待一秒鐘以通過不穩(wěn)定狀態(tài)，在此期間不發(fā)送指令?？梢栽陔娫匆_（VDD，GND）之間添加一個100nf電容，用于去耦濾波。 串行接口：數(shù)據(jù)用于微處理器和DHT11之間的通信和同步。使用單總線數(shù)據(jù)格式。第一通信時間約為4

24、毫秒。操作過程是40位的完整數(shù)據(jù)傳輸，高位先輸出。數(shù)據(jù)格式：8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度十進制數(shù)據(jù)+8bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度十進制數(shù)據(jù)+8bit校驗和數(shù)據(jù)正確傳輸后，校驗和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度十進制數(shù)據(jù)+8bit溫度最后小數(shù)數(shù)據(jù)的8位數(shù)結(jié)果。 在用戶微控制器發(fā)送啟動信號之后，DHT11從低功率模式切換到高速模式。在等待主機啟動信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號，發(fā)送40位數(shù)據(jù)，并觸發(fā)信號采集。用戶可以選擇讀取一些數(shù)據(jù)。在模式下，DHT11接收啟動信號并觸發(fā)溫度和濕度收集。如果未收到主機發(fā)送的啟動信號，DHT11將不會主動收集溫度和濕度。收集數(shù)據(jù)后，它將

25、轉(zhuǎn)換為低速模式，如圖3.3所示： 圖3.3 通訊過程（1） 總線的空閑狀態(tài)很高。主機應(yīng)降低總線以等待DHT11響應(yīng)。主機應(yīng)將總線減少到18ms以上，以確保DHT11能夠檢測到啟動信號。DHT11接收來自主機的啟動信號，等待主機的啟動信號結(jié)束，然后發(fā)送80秒的低電平響應(yīng)信號。在主機發(fā)送延遲為20~40s的啟動信號后，可以讀取DHT11的響應(yīng)信號。主機發(fā)送啟動信號后，可以切換到輸入模式或輸出高平均功率?？偩€可以通過上拉電阻拉動，如圖3.4所示： 圖3.4 通訊過程（2） 總線處于較低級別，表示DHT11發(fā)送響應(yīng)信號。當(dāng)DHT11發(fā)送響應(yīng)信號時，總線被上拉80秒以發(fā)送數(shù)據(jù)。每個數(shù)

26、據(jù)位以50s低時隙開始，高電平確定數(shù)據(jù)位是0還是1.格式如圖3.5所示。如果以高電平讀取響應(yīng)信號，則DHT11不響應(yīng)。請檢查線路是否正確連接。當(dāng)傳輸最后一位數(shù)據(jù)時，DHT11將總線拉低50秒，然后通過上拉電阻將總線上拉并空閑。 圖3.5 數(shù)字0信號表示方法 圖3.6顯示了DHT11數(shù)字傳感器的規(guī)格和引腳: 圖3.6 DHT11的規(guī)格與引腳 4.DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一種帶有校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的復(fù)合溫濕度傳感器。采用專用數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保了高可靠性和出色的長期穩(wěn)定性。傳感器包括電阻濕度傳感元件和NTC溫度測量元件，并與高性能8位單片機相連接。接口描述如圖3

27、.7所示: 圖3.7 DHT11典型應(yīng)用電路 第3.3節(jié) 光敏檢測電路 光敏電阻是根據(jù)光導(dǎo)效應(yīng)制成的光電探測器。光敏電阻的電阻隨光強度的變化而變化。光強，光敏電阻的電阻小;當(dāng)光線較弱時，光敏電阻的電阻很高。光敏電阻的結(jié)構(gòu)是在光電導(dǎo)體的兩端添加電極并將其粘貼在硬質(zhì)玻璃，云母，高頻瓷或其他絕緣材料的基板上。兩端連接到電極引線，并封閉在帶窗口的金屬或塑料外殼中。 該系統(tǒng)利用光敏電阻的光敏特性來檢測光的強度，通過檢測光的強度來判斷晝夜。同時，濕度傳感器可以輔助檢測陰天和晴天。電路結(jié)構(gòu)如圖3.8所示: 圖3.8 光敏檢測電路 第3.4節(jié) 直流電機驅(qū)動電路 3.4.1直流電機

28、及H橋驅(qū)動電路 該設(shè)計使用H橋直流電動機驅(qū)動電路。直流電動機是將直流電轉(zhuǎn)換為機械能或機械能轉(zhuǎn)換為直流電的旋轉(zhuǎn)電動機。它是一種可以轉(zhuǎn)換直流電源和機械能的電機。當(dāng)它作為電動機運行時，它是一種將電能轉(zhuǎn)換成機械能的直流電動機。當(dāng)作為發(fā)電機運行時，它是一種將機械能轉(zhuǎn)換為電能的直流發(fā)電機。 直流電動機的結(jié)構(gòu)應(yīng)包括定子和轉(zhuǎn)子。直流電動機的靜止部分稱為定子。定子的主要功能是產(chǎn)生由框架，主磁極，換向極，端蓋，軸承和電刷裝置組成的磁場。運轉(zhuǎn)中的旋轉(zhuǎn)部件稱為轉(zhuǎn)子，其主要功能是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。它是直流電動機能量轉(zhuǎn)換的樞紐，因此也稱為電樞。它由轉(zhuǎn)子軸，電樞鐵芯，電樞繞組，換向器和風(fēng)扇組成。 直流電機的工

29、作原理：固定在圓形永磁直流電機上，線圈產(chǎn)生的電流是安培，轉(zhuǎn)子線圈和磁場是平行的，那么磁場的方向會發(fā)生變化，所以刷子在轉(zhuǎn)子的一端交替接觸。并且線圈上的電流方向改變，洛倫茲力的方向不會改變，因此電動機可以保持一個方向。 H橋驅(qū)動電路如圖3.9所示。該電路被命名為“H橋驅(qū)動電路”，因為它的形狀類似于字母H.H的四個晶體管形成四個垂直支路，而水平條的電機H（注：圖3.9和下面的兩個數(shù)字是只有原理圖，不完整的電路圖，沒有畫出晶體管的驅(qū)動電路）。電動機由H橋驅(qū)動電路控制。H橋驅(qū)動電路由4個晶體管和一個電機組成。要操作電動機，必須打開對角線上的一對晶體管。根據(jù)三極管對的切換，電流可以通過電機從左向右流動，

30、或者可以從右向左流動以控制電機的轉(zhuǎn)向。 圖3.9 H橋驅(qū)動電路 要操作電動機，必須打開對角線上的一對晶體管。例如，如圖3.10所示，當(dāng)Q1和Q4燈亮?xí)r，電流從電源正極通過電機從左向右流過Q1，然后通過Q4流向負(fù)極。供應(yīng)。如圖中的當(dāng)前箭頭所示，此方向的電流將順時針驅(qū)動電機。當(dāng)Q1和Q4晶體管導(dǎo)通時，電流從左向右流過電機，驅(qū)動電機沿特定方向旋轉(zhuǎn)（電機周圍的箭頭） 圖3.10 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 圖3.11顯示了另一對晶體管Q2和Q3的接通情況。電流將從右向左流過電機。當(dāng)打開Q2和Q3晶體管時，電流從右到左流過電機，從而驅(qū)動電機向另一個方向旋轉(zhuǎn)(電機周圍的箭頭為逆時針方向)。

31、 圖3.11 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動 3.4.2使能控制和方向邏輯 在驅(qū)動電機時，重要的是確保H橋同一側(cè)的兩個晶體管不同時導(dǎo)通。如果Q1和Q2晶體管同時導(dǎo)通，則電流將從正極轉(zhuǎn)為負(fù)極。此時，除了晶體管在電路中的無負(fù)載外，電路上的電流可能達到最大值（電流僅受電源性能的限制），甚至燒毀晶體管。由于上述原因，硬件電路通常用于實際驅(qū)動電路中以方便地控制晶體管開關(guān)。 圖3.12顯示了基于這種考慮的改進電路，為基本的h橋電路增加了4個和2個門以及2個非門。四個門連接到相同的“使能”導(dǎo)頻信號，以便整個電路的開關(guān)可以由該信號控制。通過提供方向輸入，兩個NOT門確保在H橋的同一支路上任何時候只能打開一

32、個晶體管。（圖3.12不是一個完整的電路圖，如圖3.12所示。特別是，圖中門和三極管的直接連接不能正常工作。） 圖3.12 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路 采用上述方法，電機運行只需要三個信號控制:兩個方向信號和一個使能信號。如果DIR-L信號為0,DIR-R信號為1,enable信號為1，則打開晶體管Q1和Q4，電流從左向右流過電機(如圖3.13所示)。如果dir-l信號變?yōu)?,dir-r信號變?yōu)?，則打開Q2和Q3，電流將通過電機反向流動。 DIR－R信號變?yōu)?，那么Q2和Q3將導(dǎo)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(qū)動電路

33、如圖3.14所示： 圖3.14 分立元件的H橋驅(qū)動電路 由于MCUIO端口的輸出電流很小，因此驅(qū)動直流電機是不夠的。因此，我們添加74LS07作為MCU的IO端口和驅(qū)動器之間的驅(qū)動器，以增加MCU的負(fù)載能力。電路如圖3.15所示： 圖3.15 7407驅(qū)動電路 第4章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 第4.1節(jié) 程序流程圖 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用結(jié)構(gòu)化的模塊化設(shè)計方法，便于程序編寫和調(diào)試。根據(jù)上述設(shè)計要求和控制系統(tǒng)硬件的詳細(xì)設(shè)計，MCU控制系統(tǒng)的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(shè)計 C語言是一種計算機編程語言。它結(jié)合了高級語言和匯

34、編語言的特性。它可以用作編寫工作系統(tǒng)應(yīng)用程序的系統(tǒng)設(shè)計語言，也可以用作編寫不依賴于計算機硬件的應(yīng)用程序的應(yīng)用程序設(shè)計語言。用C語言編寫的程序，操作系統(tǒng)和系統(tǒng)以及需要操作的硬件，使用C語言而不是其他解釋的高級語言。C語言具有繪圖能力強，可移植性強，數(shù)據(jù)處理能力強的特點。因此，它適用于編寫系統(tǒng)軟件，是高級語言的數(shù)值計算。所以這個設(shè)計使用C編程。 第4.3節(jié) 系統(tǒng)初始化 軟件系統(tǒng)設(shè)計設(shè)置包括庫函數(shù)的聲明，例如#include，＃include。圖4.2顯示了溫度和濕度測量子程序的流程圖。MCU首先發(fā)出復(fù)位脈沖以復(fù)位信號線上的所有DHT11芯片，然后發(fā)出R

35、OM操作命令以啟用與DHT11匹配的序列號。激活的DHT11進入接收存儲器訪問命令的狀態(tài)，存儲器訪問命令完成溫濕度轉(zhuǎn)換，讀取等工作（單個總線存儲命令和控制命令在ROM命令發(fā)送前不起作用）。接口定義系統(tǒng)： sbit DQ=P1^7；//數(shù)據(jù)傳輸線接單片機的相應(yīng)管腳 sbit key1=P1^3；//溫濕度切換 sbit key2=P2^4；//電機正轉(zhuǎn)使衣架打開 sbit key3=P3^5；//電機反轉(zhuǎn)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 LcdBuf[5]； INT8U LcdBuf[5]={0}； un

36、signed char tempL=0；//設(shè)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 溫濕度檢測采用DHT11溫濕度傳感器。由于DHT11采用單總線模式，數(shù)據(jù)的讀取和寫入都占用同一條線路，因此，每項操作都必須按照嚴(yán)格的時間順序進行。圖4.2顯示了溫度測量子系統(tǒng)的流程圖。MCU首先發(fā)送復(fù)位脈沖以復(fù)位信號線上的DHT11芯片，然后發(fā)送ROM操作命令以使序列號與DHT11激活。激活后，DHT11進入接收存儲器訪問命令狀態(tài)，存儲器訪問命令完成溫度轉(zhuǎn)換，讀取等操作（單個總

37、線存儲命令和控制命令在發(fā)送ROM命令之前不起作用）。 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 溫度檢測流程圖 555轉(zhuǎn)換電路的輸出頻率由外部定時器測量。根據(jù)測試頻率，使用公式4.1計算濕度傳感器的阻抗。通過上述DHT11的溫度測試，讀取溫度值，通過查詢下表4.1獲得當(dāng)前濕度值。 （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

38、 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.

39、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4.5節(jié) 電路原理分析 可以使用MULTISIM2001模擬電路原理設(shè)計（如圖4.3所示）。J1開關(guān)代表下雨時的溫度和濕度傳感器。水進行J1，運算放大器的U1輸出為低電平，U2（集成電路）555單穩(wěn)觸發(fā)電路輸出高電平和定時時間T=1.1xRPlxC1，包括RPl用于調(diào)整定時時

40、間，J3的限位開關(guān)（常閉觸點），用于控制大小的吊架,U2 V1飽和輸出電平傳導(dǎo),繼電器閣下,常開觸點閉合,控制電機轉(zhuǎn)動,干燥機,自動接收衣服行動。當(dāng)驅(qū)動桿接觸位置開關(guān)J3時。常閉觸點自動斷開，V1斷開，繼電器J4斷電，開關(guān)打開，電機停止。J2是手動控制開關(guān)。用于手動控制衣物運動。當(dāng)溫度和濕度傳感器干燥時，J1自動斷開，使電路處于正常狀態(tài)。RP3電位器是光電傳感器（光敏電阻器），RP2用于調(diào)節(jié)光敏電阻的靈敏度。當(dāng)太陽足夠時，光敏電阻的值減小。運算放大器U3輸出低電平，通過差分電路C4和R12，然后通過U4（555集成電路）單穩(wěn)定觸發(fā)電路，輸出高電平，定時時間T=1.1RP4C5，其中RP4在調(diào)整

41、時，衛(wèi)星是行程開關(guān)（常閉觸點），用于控制衣架的膨脹幅度，U4產(chǎn)生高電平以使V2飽和。繼電器J7通電，常開觸點閉合，電機反轉(zhuǎn)，吊架伸出，衣服自動干燥。當(dāng)驅(qū)動桿接觸位置開關(guān)J6時。常閉觸點自動斷開，V2斷開，繼電器J7斷電，開關(guān)打開，電機停止。J5是手動控制開關(guān)。用于手動控制洗滌動作。 圖4.3 電路原理圖 第5章 系統(tǒng)整體調(diào)試 根據(jù)電路圖連接電路后，程序?qū)懺贙eiluVision4上，并使用jdt-8052xp仿真器進行調(diào)試。jdt-8052xp仿真器與Keil的KielC51開發(fā)環(huán)境兼容，允許用戶在強大的集成環(huán)境中直接設(shè)計軟件和調(diào)試硬件。專業(yè)模擬芯片模擬標(biāo)準(zhǔn)McS-51核心M

42、CU更逼真，更可靠，更穩(wěn)定。它不占用標(biāo)準(zhǔn)McS-51核心MCU的任何用戶資源。實時監(jiān)控顯示，目標(biāo)微控制器TXD引腳輸出支持keil的printf功能打印輸出具有實時跟蹤內(nèi)部變量的功能。程序輸出具有完整的內(nèi)部保護電路，避免了模擬器操作錯誤引起的誤操作。仿真器具有64K程序內(nèi)存和64K硬件斷點內(nèi)存等功能。 圖5.1 JDT-8052XP仿真器連接圖 使用jdt-8052xp模擬器在Keil uVision4編寫和調(diào)試寫程序非常方便快捷，現(xiàn)在將每一個小的子程序調(diào)優(yōu)，并檢查是否有錯誤和警告。將兩者結(jié)合后，根據(jù)程序流程圖編寫主程序，并對整機進行調(diào)試。檢查I/O端口是否容易出現(xiàn)重新定義和沖突等問題

43、。  結(jié) 論 本設(shè)計采用AT89S52作為主控芯片，設(shè)計出一種智能溫濕度自動晾衣桿。信號轉(zhuǎn)換傳輸系統(tǒng)由單片機完成，單片機接收DHT11溫濕度傳感器的溫濕度信號，并將其轉(zhuǎn)換為所需的穩(wěn)定電信號。分析和處理后的電信號被傳輸?shù)揭粋€由h橋驅(qū)動電路驅(qū)動的直流電機組成的伸縮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以根據(jù)大氣溫度、濕度和光照來控制電機驅(qū)動的車輪在室內(nèi)外移動，完成其伸縮功能，充分實現(xiàn)對晾曬衣物的自動控制。 參考文獻 [1] 盧艷軍主編.單片機基本原理及應(yīng)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(shè)計基礎(chǔ)及其應(yīng)用[M] .北京:國防工業(yè)出版社, 1999:

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46、[15] 楊友平. 基于89C5.1實現(xiàn)智能晾衣架控制系統(tǒng)設(shè)計[[J].機械工程與自動化，2011. 致 謝 歷時半載，從論文選題到搜集資料，從開題報告、寫初稿到反復(fù)修改，期間經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。 時間過得匆匆，三年多的辛勤工作和奉獻精神，隨著論文的完成，終于讓我在大學(xué)生活中畫上了一個完美的結(jié)局。論文完成了，感謝的人太多了。首先，我要感謝老師在老師的精心指導(dǎo)下完成的論文。教師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度，卓越的工作作風(fēng)，淳樸高尚的道德，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖月?，高?/p>

47、的風(fēng)度，樸實無華的個性魅力對我產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。老師指導(dǎo)了我的論文的方向和結(jié)構(gòu)，并對論文的初稿進行了逐字回顧，指出了誤解，這給了我思考的方向。她雄辯的教學(xué)和不拘一格的思想給了我無盡的啟蒙，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的風(fēng)格永遠(yuǎn)是我工作和學(xué)習(xí)的典范。老師必須指導(dǎo)其他八個學(xué)生的論文，加上他們的教學(xué)任務(wù)，可以想象的工作量，但在重復(fù)的手稿中，每個單詞的正確性給了我很深刻的印象。讓我理解在論文之外做知識的態(tài)度。論文的成功完成也離不開其他老師，同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整篇論文寫作過程中，老師，同學(xué)和朋友積極幫助我檢查信息，并提供有助于撰寫論文的建議和意見。在他們的幫助下，論文不斷得到改進，最終幫助我完成了整個論文。另外，我要感謝所有在大學(xué)期間教我知識的老師，你們的認(rèn)真教學(xué)給了我扎實的專業(yè)知識，這也是完成論文的基礎(chǔ)。 26