基于单片机控制的自动晾衣架设计.docx

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1、题 目 基于单片机的自动晾衣架的设计随着社会的不断发展和进步，智能化的产品在不段的涌入我们的家庭生活，给我们的生活起居带来便利。但是晾衣工具还是处于比较原始的层次几乎没有什么改变，已经跟不上我们生活的节奏的变化，对于现在城市里的大多数人们每天都是忙于工作，白天的时间几乎都不在家中。当天气变化时不能及时的把衣服收回。关于这个问题本文对智能晾衣架系统进行研究，运用DS18B20温度传感器、CHR01湿度传感器和5547光敏电阻采集到的信号传输给系统处理核心单片机AT89S52,根据当时的温湿度和光线的强弱判断晾衣架是否要收回。当空气中的相对湿度超过设定值（认为要下雨或已经下雨）或光线变暗到一定值（

2、认为已经天黑）时，系统会发出报警提示主人收衣服并延时，无人应答后系统会自动发出脉冲信号给步进电机，从而控制机械部分自动收回晾衣架。关键字：温度传感器；湿度传感器；光敏电阻；AT89S52IAbstractWith the continuous development and advancement of society, many intellectualizationproducts enter into our daily life and give convenience for our life. But the rack used to dryclothe is in a low l

3、evel and has little change so it can not catch up with the rhythm of ourlife. The residents in modern cities are always busy in their work and can not stay at homeduring the daytime. When weather goes bad they have no chance to take back their clothes.摘要1AbstractII目录III第1章绪论11.1 课题来源11.2 晾衣架的发展现状11.

4、3 晾衣架的研究意义2第2章 系统总体方案设计32.1 总系统设计框图32.2 晾衣架系统组成概述32.3 系统硬件电路选择32.4 系统软件结构设计42.5 机械结构设计52.5.1 动机构及工作原理62.5.2 拉伸机构62.5.3 控制系统的设计62.5.4 滚珠丝杠的选择72.5.6 滚珠丝杠的特点： 81.1.1 5.7滚珠丝杠的支撑82.5.8 轴承的选择92.5.9 深沟球轴承9第3章 控制系统硬件设计113.1 单片机的介绍及其工作系统设计113.2 温度传感器电路123.3 湿度传感器电路143.4 光敏检测电路153.5 显示电路163.6 步进电机及其驱动电路17第4章控

5、制系统软件设计204.1 系统初始化214.2 液晶显示214.3 温度检测214.4 湿度检测224.5 电机控制程序23第5章机械系统的设计245.1 传动螺纹的选择245.2 螺纹传动的选择255.2.1 耐磨性计算255.2.2 螺杆的强度计算265.2.3 螺母螺纹强度计算27结论29参考文献30附录131附录242致谢43IV第1章绪论1. 1课题来源随着社会经济水平的发展，现在人们的生活追求个性化、自动化，追求快节奏，追求充满乐趣的生活方式，家装要求的档次越来越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技术在智能家居电子产品中得到了广泛应用，它不仅优化了人们的生活方式和居住环境，

6、而且方便人们有效地安排时间和节约各种能源，实现了家电、照明、窗帘控制和防盗报警、定时控制及电话远程控制等。伴随着高智能家居的快速发展，晾衣工具的智能化发展明显落后与其他家用器具智能化发展之后，现在已经引起社会的很大关注。1.2 晾衣架的发展现状在中国各大中城市以及农村普遍是将衣物晾晒于阳台内部或外部，而传统的晾晒衣物方式是阳台内天花板下设置有钢筋挂钩，钩上通常是挂有竹杆或其它杆体。人们通常习惯于用一支撑杆将衣物支撑到晾衣杆上晾晒，这样晾晒衣物费时费力，而且布置钢筋及竹杆与当今现代化建筑结构的阳台也不搭配、有失雅观。另外，家庭通常大都是老人晾衣物，因此，传统的支撑晒衣、收衣不仅是费神费力，而且容

7、易扭伤筋骨或支撑不顺扎伤人体。正因传统晾晒衣方式有众多的不便，后出现手摇晾衣架，手摇晾衣架改变了支撑晾衣架的传统习惯，同时也给众多家庭带来了更多的方便。但手摇晾衣架需设置多个机械装置和支撑点，同时需多根网线布置来带动其晾衣杆的上下升降。由于支撑点及多根网线的布置，手摇式晾衣架给原本漂亮的阳台增添了不美的因素。其次，手摇晾衣架的升降每次都要人工转换接头，且需要人力摇动慢慢将杆升降，若晾杆承载的衣物重量过大，摇上去既费力又容易伤手。因此，手摇晾衣架虽然改变传统支撑晾衣的不便，但没有彻底改变费神费力的根本状态。人们期望着一种更方便更美观的新型晾衣架的出现。1.3 晾衣架的研究意义基于现在晾衣架发展现

8、状，本设计开发了一种能帮助人们摆脱原始操作的智能晾衣架。本实用新型晾衣架主要特点在于：有可以伸缩，操作简单，占地面积小，美观实用的优点。同类产品虽有可收缩式的，但属组装而成，操作比较麻烦，而本晾衣架只需按下打开按键，衣架杆即可自动伸展开来。同时晾衣架能识别晴雨天气，自动完成收衣服功能的目的。晴雨智能晾衣架能有效地避免在下雨时，衣服无人收起而被雨淋湿；或在天色变晚时，衣架能自动收回，避免衣服在外面过夜。9第2章 系统总体方案设计1.4 总系统设计框图外围辅助温度传实现收晾衣的智本设计采用美国Atmel公司的AT89S52单片机作为控制核心,感电路、湿度传感电路及光敏传感电路等检测电路来控制电机运

9、动,能化的功能。总体设计框图如下图2-1所示:图2-1系统总体控制框图1.5 晾衣架系统组成概述本系统可固定在阳台外面，既能节省空间，同时系统通过测温度电路、测湿度电路及光敏电路等检测电路自动测量当前空气温度、湿度和光线强度，根据当前温、湿度值和光线强度确定晾衣架是否收回并且能在液晶屏上显示温、湿度值和晾衣架状态。当要下雨或已经下雨时，空气中的相对湿度急剧增加超过初定值时，系统会自动发出警报（提示主人收衣服），若无人应答系统自动默认屋内无人，系统会自动给电机脉冲完成自动收衣服功能。1.6 系统硬件电路选择本系统的控制核心采用扩展型单片机AT89S52,该系列单片机是采用高性能的静态80C51设

10、计的，由先进的CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器，全部支持12时钟和6时钟操作，包含128字节和256字节RAM, 32条I/O 口线、3个16位定时/计数器、6输入4优先级嵌套中断结构、1个串行I/O ，可以满足本系统的需要。系统检测部分电路由DALLAS公司的DS18B20为核心的温度传感电路、广州西博臣科技有限公司的CHR01型湿度传感器为核心的湿度传感电路及由光敏电阻构成的光线检测电路组成。DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的1一Wire,即单总线器件，具有线路简单，体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，具有线路简单，在一根通信线，可以挂很多这样的数字温

11、度计，十分方便。CHR-01阻抗型高分子湿度传感器（湿敏电阻），采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。系统采用北京斯达微步控制技术有限公司的57BYG二相系列步进电机及与之相匹配的驱动器MS-2H090M作为动力系统，驱动器MS-2H090M具有接线简单控制方便等优点，对于系统开发带来极大方便。同时为了系统显示应用的方便，系统采用12864液晶实时显示测量结果。1.7 系统软件结构设计系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，便于程序的编译、调试。根据设计的要求和前面描述的控制系统硬件设计

12、的具体情况，单片机控制系统软件程序主要由如下模块组成:初始化模块、中断处理模块、液晶显示模块、控制模块、报警模块等等，具体的模块示意图如下图2-2所示。图2-2控制软件框图2. 5机械结构设计该智能晾衣架的主体机构采用市售菱形手动伸缩晾衣架进行改装而成，如图2-3所示，其传动原理是：两台电动机各自通过皮带带动两根丝杆转动，丝杆上的螺母与菱形架的顶点固定，当丝杆正转时，螺母就向前运动，从而推动晾衣架伸张。图2-3全自动晾衣架结构原理示意图2.5.1 动机构及工作原理本文设计的智能晾衣架安装在阳台上方楼顶靠近窗户的位置，晴天的时候系统可自动打开窗户并伸出衣架，而下雨的时候可自动收回衣架并关闭窗户以

13、有效地避免衣物被雨淋湿。2.5.2 拉伸机构该晾衣架的拉伸传动机构由菱形推动架组成，该结构可有效地节省衣架所占的空间，使衣架的收放更加自如。当有太阳的时候，菱形推动架电机正转，使衣架伸出；当夜晚或者湿度大于所设值时，菱形推动架电机反转，衣架自动收回。拉伸机构原理图如图2-4o2-4拉伸机构原理图菱形推动架完全伸出后，衣架自动根据太阳光的角度来调整方向，在正面受光时，衣架处在水平位置，当太阳光从两侧照射进来，衣架会自动调整角度，使衣物自动处于最佳受光面。旋转机构原理如图2-5所示。图2-5旋转机构原理图图2为依据仿生向日葵原理，根据衣物所受太阳光的角度来进行衣架电机正反转，依次为衣架起始位，太阳

14、光从左边照射衣物，太阳光从正面照射衣物，太阳光从右边照射衣物，衣架回到起始位。该传动机构设置了手/自动选择按钮，可以手动地收回与伸出衣架。当设置为手动的时候可以当普通晾衣架使用。2.5.3 控制系统的设计核心控制器利用价格低廉的STC89s52单片机，具有编程简单、外围电路简单、可靠性高等特点，其控制系统组成原理框图如图2-6所示。菱形杆伸出/收回=菱形杆电机驱动=手动/旋转手动收回/伸出架转衣旋行程开关架机动衣电驱STC89C52RC=信号转换号换信转光敏传感器温湿度传感器2-6系统组成原理图按钮拨到自动后，系统自动采集温湿度传感器数据，经MCU处理，向菱形推动架电机发出准备转动信号。当湿度小于设定值时，菱形推动架电机正转使菱形推动架伸出，触碰行程开关后停止伸展。此时，MCU将采集光敏传感器的信号，并且计算太阳照射的角度，依据仿生向日葵原理，控制衣架电机的正转与反转。当太阳从衣架正面照射时,MCU计算的光照与衣架的角度为垂直90 ,衣架电机不动作；当太阳光从两侧，即角度大于或者小于90。照射时，MCU会自动计算出角度来控制衣架电机的转动角度。当湿度大于设定值或者是夜晚时，温湿度传感器发出信号，使菱形推动架电机准备反转，此时MCU采集光敏传感器数据，使衣架垂直放置，准备菱形推动架收回，在确认衣架垂直放置后，菱形推动架电机反转，推动架收回，触碰行程开关后停止。按钮拨到手动后，菱