电气工程及自动化文献综述 (14).docx
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1、 中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计 题 目:基于单片机的自动晾衣架设计 学 院工程技术学院专 业 电气工程及其自动化学生姓名金一泽学 号043130115指导教师李建勋职 称正高级工程师2017年 04 月 30 日基于单片机的自动晾衣架设计摘 要如今,社会的技术水平不断提高和发展,智能化产品的出现提高了我们日常家庭生活的质量。随着经济发展节奏加快,现在人们的生活节奏也越来越快,繁重的工作压力使人们鲜有机会挤出多余的时间,在天气发生变化时及时地返回家中将衣物及时晾晒或收回。基于此问题,本文对自动晾衣架系统进行了研究与设计。应用单片机技术对光感信号和湿度信号进行处理、运算等环节,运用
2、DHT11湿度传感器和光敏电阻对相应的天气信号进行采集,随后将采集到的不同信号以与其相对应的信号模式传输给以单片机AT89C52为核心组成的单片机系统进行处理,系统通过对湿度和光照的检测进行分析处理,进而对晾衣架进行下一步指令的下达。当采集的湿度值大于等于一定的湿度值或采集到的光照强度降到系统所设置的基准光照强度值时,单片机会给电机发出控制信号,控制电机的旋转方向进而收回晾衣架。当采集的湿度值没有超过设定值并且采集到的光照强度值升到系统设定的可执行伸展操作的数值时,单片机则会发出信号给电机,控制电机的旋转方向进而伸出晾衣架。关键字: 单片机控制; 传感器; 控制系统设计; AT89C52Des
3、ign of automatic clothes hanger based on MCUABSTRACTNowadays, the technological level of the society keeps improving and developing, and the emergence of intelligent products improves the quality of our daily family life. With the quickening pace of economic development, people are now life rhythm i
4、s becoming more and more fast, heavy work pressure has little chance to squeeze extra time, make people when the weather changes in a timely manner will return home clothes drying or back in time. Based on this problem, this paper studies and designs automatic hangers system. Application of single c
5、hip microcomputer optical signal and the humidity signal processing technology, operation, use DHT11 humidity sensor and photosensitive weather resistance of the corresponding signal acquisition, then collected different signals to the corresponding transmission mode to MCU as the core of AT89C52 si
6、ngle chip computer system for processing, the system through the analysis of humidity and light detection processing, and then to the next step instructions issued clothes-horse. When collecting the humidity value greater than or equal to a certain humidity or collected light intensity to the system
7、 set up by the benchmark light intensity value, the SCM will send a control signal to the motor, control motor direction of rotation and recovery of the dryer. When sampling of humidity no more than the set value and the value to the light intensity value up to the system Settings of the executable
8、stretch operating value, MCU will signal to the motor, control motor direction of rotation and then out of dryer.Key words: SCM control;sensor;control system design;AT89C52目 录1绪论11.1晾衣服架的发展现状11.2系统的研究意义12系统设计方案22.1总系统设计框图22.2系统组成概述22.3系统硬件电路选择22.4系统软件结构设计33系统硬件设计43.1单片机系统43.2湿度传感器电路63.3光敏检测电路73.4显示电
9、路83.5步进电机及其驱动电路94系统软件设计114.1系统初始化114.2湿度检测125系统调试仿真136结论15参考文献16致 谢17附录1电路图18附录2原理图19附录3程序20中国地质大学长城学院2017届毕业设计1绪论现如今,社会快速发展,人们的生活质量也随之不断提高,对于生活家居的智能化要求也随之提高,在智能家居领域中智能控制相关技术得到了广泛应用。智能家居提高了人们的生活质量,帮助人们合理的利用时间,避免浪费能源,能够对家用电器进行智能化控制。与其他智能家居相比较来说,自动晾衣工具的开发显然较为落后,有待于进一步开发。1.1晾衣服架的发展现状在中国,城市和农村地区一般是在阳台内部
10、或外部的晾晒衣物,传统的晾晒方式是在阳台的吊顶下设有挂钩,钩上架有一根杆体。使用撑衣杆将衣物挂在杆上,这样的晾晒方式既不方便,又影响美观。后来出现手摇晾衣架,极大的改进传统的晾晒方式,但是手摇晾衣架需要架设复杂的结构,同时需要很多根线搭设来进行晾衣杆的上下移动。手摇晾衣架的整体安装,给原来美丽的阳台增添了一个不美的因素。其次,每次升降都需要手动切换接头,需要人工手动控制晾衣杆的上升或下降,如果杆体承受的重量太大,既费力又容易伤到手。因此,手摇晾衣架还是存在不足,并没彻底改变人工操作的根本状态。国外的自动晾衣架并不是真正意义上的智能型自动晾衣架,虽然是利用遥控系统对电机的遥控来控制晾衣架的上下或
11、前后伸缩,但根本上还是利用了人工进行操作,并没有真正摆脱原始操作状态。还有很大的技术开发空间。1.2系统的研究意义基于现在晾衣架的开发情况,本文设计了一种可以摆脱繁杂的人工操作,自动识别天气状况,智能判断是否适于晾衣的智能晾衣架,用于帮助人们提高生活质量。此晾衣架可以自动辨识天气变化,进一步控制晾衣架的伸出与收回。自动晾衣架能在天气状况不好时,自动收起衣物,避免衣物有所损伤。在天气状况良好时,自动伸出衣架,晾晒衣物。2系统设计方案2.1总系统设计框图电机驱动显示单片机系统晾衣架执行机构湿度传感电路光敏检测电路本设计以AT89C52单片机为核心,通过湿度传感电路及光敏检测电路采集到的信息发出相应
12、信号传递给AT89C52来控制电机并在LED上显示湿度值,通过电机控制晾衣架的执行机构,完成智能化的收晾衣的功能。图2-1 系统总体框图2.2系统组成概述本系统通过湿度检测电路及光敏检测电路等电路采集外界的湿度和光照强度,根据采集到的湿度值和光线强度控制晾衣架的伸出与收回并且能在显示屏上显示当前湿度值。当外界处于已经下雨或将要下雨的天气时,采集到的湿度值会急剧增加并超过一定值时,单片机会自动给电机信号并完成自动收衣服功能;当外界处于天黑时,采集到的光照强度不满足一定条件时,单片机会自动给电机信号并完成自动收衣服功能;当外界处于天气晴朗的状态时,采集到的湿度值没有超过一定值并且光照强度满足一定条
13、件时,单片机会自动给电机信号并完成自动晾衣服功能。2.3系统硬件电路选择本系统的控制核心采用扩展型单片机AT89C52。AT89C52是一个高性能的单片机,工作环境为低电压状态的CMOS8位单片机,AT89C52单片机的外部共有40个引脚,其中32个外部双向通信的输出/输入(I/O)端口等。以满足系统需要。系统检测部分电路由DHT11为核心的湿度检测电路和感光电阻组成的光检测电路组成。DHT11中运用了目前比较先进的一些技术。其中有数字模块采集技术,还有湿度传感技术。因此传感器的性能和精度都较为优秀,该传感器含有电阻式感湿元件,并连接到高性能8位微控制器。因为采用了比较先进的工艺进行生产,所以
14、具有许多方面的特点:使用耐久度高,反应灵敏度较高,可以在不良环境中保持工作,与同类产品相比价格更低等特点。DHT11传感器经过较为精密的校准,精度系数较高。因为是单线串行接口,集成简单,尺寸小,功耗低。引脚封装方式为4针单列,便于组装。系统采用57BYG二相步进电机,该电机操作简单,易于控制,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LED数码管实时显示测量结果。2.4系统软件结构设计系统软件设计采用结构化和模块化开发,易于编译和调试程序。根据设计需求,系统软件设计主要由以下模块组成:初始化模块、湿度检测模块、LED显示模块、电机控制模块等。主程序入口初始化湿度检测LED显
15、示电机控制图2-2 系统软件框图3系统硬件设计本章主要完成系统硬件设计,包括单片机芯片的选择和电路部分的具体设计。主要有AT89C52单片机芯片、DHT11湿度传感器电路、光敏检测电路、显示电路和步进电机及其驱动电路这几部分。3.1单片机系统AT89C52是一个高性能的单片机,工作环境为低电压状态的CMOS8位单片机。单片机内的程序存储器具有可反复擦写的功能。数据存储器可以进行随机存放。这种单片机采用了与众不同的生产方式,所以具有以下几个方面的特点:高密度、存储的数据不易丢失等特点。52系列和51系列指令集兼容。所以AT89C52系列的单片机多用于高级电子行业中。在AT89C52单片机的外部共
16、有40个引脚,其中32个外部双向通信的输出/输入(I/O)端口等。AT89C52的编程方法多种多样,其中一种是通过直接数据输入的方法进行编程,还有一种则是通过输入和显示系统进行在线编程。本质上来说,52系列的单片机就是通过将程序存储器和微处理器用非常高的集成度结合在一起的。特别强调的是,如果适合可以与重复擦写的程序存储器组合在一起的话,可以大大降低生产成本。AT89C52主要功能为: 8k可反复擦写ISPFlashROM 兼容MCS51指令系统 32个双向I/O口 4.5-5.5V工作电压 3个16位可编程定时/计数器 时钟频率0-24MHz 全双工UART串行中断口线 2个外部中断源 低功耗
17、空闲和掉电模式 2个读写中断口线,3级加密位 2个串行中断 软件设置睡眠和唤醒功能单片机的引脚图和内部结构示意图如下图所示:图3-1 单片机引脚图图3-2 AT89C52内部图3.2湿度传感器电路DHT11湿度传感器,湿度误差+-5%RH,湿度范围20-90%RH。DHT11中运用了目前比较先进的一些技术。其中有数字模块采集技术,还有湿度传感技术。因此传感器的性能和精度都较为优秀,该传感器含有电阻式感湿元件,并连接到高性能8位微控制器。因为采用了比较先进的工艺进行生产,所以具有许多方面的特点:使用耐久度高,反应灵敏度较高,可以在不良环境中保持工作,与同类产品相比价格更低等特点。DHT11传感器
18、经过较为精密的校准,精度系数较高。因为是单线串行接口,集成简单,尺寸小,功耗低。引脚封装方式为4针单列,便于组装。1、 DHT11产品的特点(1) 单总线结构输出,有效保存用户控制器I / O端口资源。(2) 全部校准。 编码是一个8位二进制数。(3) 无需安装外部器件即可使用。(4) 测量湿度范围从20RH到90RH;测量温度范围从0到50。(5) 各型号管脚完全可以互换(6) 40bit二进制数据输出。其中湿度整数部分占1Byte,小数部分1Byte;温度整数部分1Byte,小数部分1Byte。(7) 卓越的长期稳定性,超低功耗。(8) 4引脚安装,超小尺寸。2、DHT11的引脚介绍DHT
19、11的引脚如图3-3,引脚描述如表3-1。图3-3 DHT11引脚图表3-1 DHT11详细引脚功能描述PIN名称引脚功能描述1VCC正电源输入,3V5.5VDC2DATA单总线,数据传输3NC空脚4GND电源地3、 DHT11的使用方法DHT11采用单总线协议,通过一根数据线来实现数据的双向传输。一次通讯时间最大3ms,数据分小数部分和整数部分。因为使用的AT89S52单片机不支持单总线协议,所以我们通过软件来模拟单总线协议,完成DHT11和AT89C52的数据交互。由于DHT11是在I/O行中读写数据,因此读写数据位在时序上有着很高的要求。DHT11对于初始化,读写等都在协议中严格的只动了
20、时序。单片机作为主设备,DHT11作为从设备。并且每次命令和数据传输都是从主设备启动开始,如果需要从设备来发送数据,则在写入命令之后,主机需要开始读取时序以完成数据接收。DHT11每次启动都是从低功耗模式到高速模式。当主机启动信号结束后,DHT11发送响应信号,发送40bit的数据,并触发信号采集,用户可选择读取数据。在从模式下,DHT11接收启动信号以触发湿度采集。如果主机发送启动信号未被接收,则DHT11不主动进行湿度采集。本设计仿真通过按钮增加或减少湿度来模拟外界湿度采集,电路图如图3-4图3-4 DHT11电路图3.3光敏检测电路光敏电阻是基于光电检测装置的光导效应。光敏电阻的电阻将会
21、随着光照强度的改变而变化。光强越大,阻值就越小;光强越小,阻值就大。光敏电阻的结构是在光电导体的两端加电极,并将其连接到绝缘材料基板上,两端有电极引线,封装在外壳内。光敏面做成蛇形,电极作成梳状,因为这样可以保证较大的光接收面,而且可以减少电极之间距离,可以减少电极之间的电子传输时间,也有助于提高灵敏度。实际应用中,可以加直流偏压,也可以加交流偏压,其电流呈线性变化。在该系统中,光敏检测电路用于检测光强,并且通过检测光的强度来判断天色变化。同时,湿度传感器可用于检测阴天和晴天。电路结构如图3-5所示。使用滑动变阻器模拟光敏电阻的电路中,系统使用光电晶体光电特性的原理,光电晶体由光电阻小于无光使
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