單片機的智能晾衣系統設計研究

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摘要：在網絡信息技術的推動下，智能家居得到了廣泛應用，文章根據當前的市場動態(tài)，針對基于單片機的智能晾衣系統設計展開論述，具體包括兩個方面的內容———硬件設計和軟件設計。

關鍵詞：單片機；智能晾衣系統；硬件設計；軟件設計

引言

結合當前晾衣架系統研究發(fā)展現狀，本文設計了一種智能晾衣架系統，可以幫助人們擺脫傳統繁瑣的晾衣程序。本次系統操作十分簡單，占地空間比較小，具有美觀實用的特點。本文主要從硬件設計和軟件設計兩個方面進行論述，為當前單片機的智能晾衣系統進一步優(yōu)化設計提供借鑒。

1硬件設計

本次單片機采用了光照和雨滴兩個天氣信號，然后控制旋轉衣架。整個系統主要利用步進電機進行控制，在天晴的時候，可以把衣架轉出，進行衣物的晾曬；在沒有陽光或者在下雨的時候，就會自動轉到室內，防止衣服被淋濕。

1.1整體設計圖

本次整體設計圖如圖1所示，整個系統在實際運行過程中，利用光照傳感器和雨滴傳感器感知周圍的天氣，然后進行判斷，做出相應的動作。設計人員設計出光照和雨滴的閾值；單片機就會控制衣架來回轉動，從而實現智能控制。

1.2光照傳感器

為了對外部光照強度進行精準的測量，保證系統正常運行，在本次設計中，主要利用光敏電阻測量光照，隨著光照逐漸的增強，光敏電阻逐漸減小，通過實際測量，可以分析光敏電阻的電子變化范圍。在光照強度增強到很大的情況下，光敏電阻就會達到幾百兆歐姆。在黑暗的條件下，光敏電阻的阻值為幾兆歐姆。為了實現最為理想控制效果，保證光敏電阻阻值與實際操作向匹配，本次設計采用10K電阻，作為上拉電阻。根據實際實驗的情況，在光照強度達到很大的條件下，光敏電阻值就非常?。辉诠庹諒姸冗_到很小的條件下，就是周圍非常黑暗，光敏電阻值就會很大。電壓信號輸出以后，通過電容濾波，就會保證信號波形更加平滑，提升了單片機信號處理的速度，避免由于光照強度不穩(wěn)定導致系統出現誤判的問題，如圖2所示。

1.3雨滴傳感器設計

這種傳感器又被稱為雨滴檢測傳感器，主要是為了是否下雨、對雨滴沖擊量、靜電電容量以及光亮變的進行精確的檢測，為系統做出下一步的動作提供幫助。在本次系統使用的雨滴傳感器中，一旦有雨滴滴落在檢測極板上，相應的電阻就會出現新的變化，傳感器就會對輸出的電壓進行檢測。在雨滴傳感器運行過程中，主要利用上拉10K電阻的方式，把電阻變化轉化成電壓變化，實現信號的調控。通過LED的指示說明，可以明確整個電路運行的基本情況。如圖3所示。

1.4衣架位置傳感器

本次設計主要采用紅外傳感器對衣架的具體位置進行判斷，在衣架運動到紅外傳感器范圍內，紅外傳感器就會發(fā)出信號，單片機就會讀取衣架的具體位置。為了保證信號能夠正常運行，本次設計在室內和室外分別安裝一個紅外檢測傳感器。在衣架位于室內時，為了保證位置在相應的范圍內，紅外傳感器就對衣架的位置進行判斷，防止出現移動過度或者不到位的問題。

1.5STM32控制器

STM32控制器性能很強，可以投入少量的成本，屬于一種低耗能的單片機。本次設計主要采用STM32F103C8T6單片機。在STM32系列單片機運用過程中，主要采用集成AD模塊，通過控制器運行，就能實現AD轉化和音頻數據編碼，對紅外發(fā)射電路進行控制。

1.6步進電機驅動電路設計

本次系統步進電機主要采用ULN2003驅動，具有耐高壓和高性能的特點，主要由NPN復合晶體管組成，芯片運行原理圖如圖4所示。在單片機運行過程中，主要利用IO控制輸出驅動，進行信號輸入。ULN2003輸出的信號就會傳輸到步進電機的引腳上。如圖5所示。

1.7液晶顯示屏

本次設計主要采用Nokia5110液晶，具有很高的性價比，接口簡單便利，效果好，穩(wěn)定性比較強。

2軟件設計

本次軟件設計主要采用C語言。根據只能晾衣系統的要求，單片機會自動采集光照和雨滴兩個天氣信號，通過步進電機衣架的旋轉，在天氣晴朗沒有下雨的條件下，系統就會把衣架轉到室外，進行衣物的晾曬；在沒有陽光、下雨的條件或者天黑的條件下，系統就會把衣架轉到室內，防止被雨淋濕。

2.1系統整體分析

如遇下雨天氣，系統動作會進行轉移到室內的操作；如遇未下雨陽光充足的天氣，則將進行轉移到室外的操作。系統會根據天氣情況，做出相應的動作，為人們提供便利，減少了人為的操作。

2.2軟件算法

經過系統初始化、外設初始化計算以后，設計人員主要根據陽光與雨滴設計相應的閾值，從而進一步分析光照強度和雨滴強度，讓系統做出判斷，是否出去晾曬。在陽光強度沒有達到要求、下雨以及天黑等條件下，系統不會晾曬衣物。但是根據系統實際運行的情況，需要進行定期的檢查，防止被東西卡住。算法流程圖如圖6所示。

2.3軟件容錯處理

本次系統主要采用時間累計的方式，對系統故障進行判斷，根據實際實驗的結果，衣架從而完成整個移動動作的時間大概為20秒，一旦累計時間超出了設計的時間（30秒），證明衣架位置傳感器沒有檢測到衣架的位置，說明出現了故障，需要維護人員及時調整。

3結束語

綜上所述，通過對單片機智能晾衣系統的設計分析，系統會根據外面的天氣情況做出轉移到室內和轉移到室外的動作，真正實現了無人操作，滿足智能家居的設計要求。為了滿足實際使用的要求，在未來設計中，還可以增加前后伸縮和上下伸縮的設計，不斷完善現有系統性能，為客戶提供更加便利的服務。

參考文獻：

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[3]張士偉.基于單片機的智能晾衣架控制系統設計[J].價值工程，2019，38（03）：125-127.

作者：鄧宇 單位：秦皇島技師學院