陳金華，徐倆倆，孫雪蕾，黨麗峰

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江　212016)

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基于單片機(jī)的智能晾曬系統(tǒng)設(shè)計研究

陳金華，徐倆倆，孫雪蕾，黨麗峰

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院鎮(zhèn)江分院 機(jī)電工程系，江蘇 鎮(zhèn)江212016)

摘要：設(shè)計一種基于單片機(jī)的智能晾曬系統(tǒng)，同時提供系統(tǒng)硬件及軟件的實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)能完成手動晾曬和自動晾曬。自動晾曬時，系統(tǒng)按照設(shè)置的晾曬時間倒計時，并自動收回。當(dāng)光照度降到30以下，系統(tǒng)自動收回。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集處理與接口的人機(jī)交互任務(wù)，解決晾曬系統(tǒng)水平移動的問題，提高可靠性及運行效率。

關(guān)鍵詞：晾曬系統(tǒng)；智能控制；單片機(jī)

隨著人們生活質(zhì)量的提高、生活節(jié)奏的加快，越來越多的智能產(chǎn)品，如全自動洗衣機(jī)、可視對講系統(tǒng)、聲光控樓道燈等，進(jìn)入人們的家庭生活。晾曬工具雖有所改善，但仍處于比較原始的層次，多為不能隨衣物狀態(tài)或天氣變化自動收縮的衣物架，對人的依賴性較高。家里無人又恰逢天氣變化，很容易使本已經(jīng)曬干的衣物又被打濕，加之空氣污染比較嚴(yán)重，雨滴中含有大量灰塵等有害物質(zhì)，必須重新打理。又如在炎熱的夏天，衣物若不及時收回，會因暴曬而損傷。傳統(tǒng)的晾曬系統(tǒng)已經(jīng)跟不上人們生活節(jié)奏的變化，迫切需要推出新型的智能晾曬系統(tǒng)。目前國內(nèi)也有生產(chǎn)智能晾曬系統(tǒng)的廠家，但其產(chǎn)品大多是人為控制晾曬架的垂直升降，以實現(xiàn)晾曬的功能，并不能自動收回[1]。本文所設(shè)計的智能晾曬系統(tǒng)在晾衣架實現(xiàn)上下移動的基礎(chǔ)上，通過水平方向的伸展將衣物伸展至室外進(jìn)行晾曬，由傳感器和AT89S52單片機(jī)來進(jìn)行智能測量，控制衣架的伸縮狀態(tài)。本設(shè)計的創(chuàng)新點在于，自動晾曬時，人們只需搭好衣物，設(shè)置好晾曬時間，其他工作由系統(tǒng)自動完成，不僅實現(xiàn)了智能控制，而且節(jié)省了室內(nèi)空間。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文設(shè)計的智能晾曬系統(tǒng)是安裝在陽臺上、能定時晾曬衣物，并可感知天氣變化自動收放衣物的智能控制裝置。該系統(tǒng)由陽臺窗戶開關(guān)、曬架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、曬架平移機(jī)構(gòu)、光照度傳感器、顯示器、系統(tǒng)控制器等組成。窗戶開關(guān)由步進(jìn)電機(jī)控制，曬架旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)控制，曬架平移機(jī)構(gòu)由機(jī)械手臂代替，實現(xiàn)衣物從室內(nèi)平移到室外進(jìn)行晾曬，光照度傳感器由AD轉(zhuǎn)換模塊控制，顯示系統(tǒng)使用LCD顯示器。同時該智能晾曬系統(tǒng)可以通過串行口發(fā)射接入物聯(lián)網(wǎng)。智能晾曬系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　智能晾曬系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1.1AT89S52單片機(jī)及外圍電路

系統(tǒng)采用AT89S52單片機(jī)作為開發(fā)平臺。AT89S52是Atmel公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash， AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用[2-4]。系統(tǒng)利用單片機(jī)的可擴(kuò)充性為實時數(shù)據(jù)的采集和處理提供可靠的保證，利用單片機(jī)良好的接口通信控制能力實現(xiàn)與上位機(jī)(計算機(jī))的實時通訊，并實現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)，即按鍵操作、LCD顯示及與上位機(jī)(計算機(jī))通信等功能。

1.2A/D轉(zhuǎn)換與光敏傳感器模塊

A/D轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換是比較常見的一種A/D轉(zhuǎn)換電路。本設(shè)計采用的是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所用芯片為ADC0809，該轉(zhuǎn)換器帶8個模擬量輸入通道，芯片內(nèi)帶通道地址譯碼鎖存器，輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器，典型時鐘640 kHz，單電源5 V工作。

光敏傳感器在不同的光照下呈現(xiàn)不同的阻值。本設(shè)計使用光敏傳感器和1個標(biāo)準(zhǔn)電阻組成分壓電路后可以得到一個變化的電壓，使用ADC0809對這個變化的電壓進(jìn)行AD采樣，將采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出給單片機(jī)直接讀出并傳送至顯示模塊顯示，就可以得到不同的光照強(qiáng)度。

1.3按鍵模塊

設(shè)計中用4×4鍵盤進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置，矩陣鍵盤多用于按鍵數(shù)目較多的時候，這樣可以節(jié)省I/O口的占用量。本設(shè)計用到的按鍵較多，故選用矩陣鍵盤。通過“↑”“↓”“←”“→”設(shè)置晾曬時間、選擇工作方式，鍵盤如圖2所示。

↑開窗←→關(guān)窗↓內(nèi)移外移時間自動手動旋轉(zhuǎn)

圖2鍵盤指令

1.4顯示模塊

液晶顯示LCD采用12864。該液晶顯示屏成本相對較低，適用于各類儀器、小型設(shè)備的顯示[5]。本系統(tǒng)顯示模塊，第1行顯示系統(tǒng)名稱，即“智能晾曬系統(tǒng)”；第2行顯示天氣狀況，分別為陰、晴、多云；第3行顯示晾曬時間，初始狀態(tài)為00-00-00，可以通過按鍵設(shè)置，一旦開始晾曬，系統(tǒng)自動進(jìn)入倒計時并在LCD上顯示；第4行顯示當(dāng)前狀態(tài)(開窗、關(guān)窗、移出、收回、旋轉(zhuǎn))和光照度，光照度范圍為0~99，光照度大于50表示天氣晴朗，30~50表示多云，小于30表示光照度不足或陰雨天氣。

1.5串行口通信模塊

計算機(jī)之間、計算機(jī)與終端之間的通信主要采用串行和并行接口通信。RS-232C作為人機(jī)接口，是異步串行通訊中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，在計算機(jī)通信中起著十分重要的作用，主要負(fù)責(zé)計算機(jī)與現(xiàn)場控制器的數(shù)據(jù)傳輸[6]。在調(diào)試階段，本智能晾曬系統(tǒng)與一臺計算機(jī)配合使用，計算機(jī)作為上位機(jī)通過RS232電平接口以4 800波特率傳向本系統(tǒng)的單片機(jī)并顯示實時數(shù)據(jù)，單片機(jī)接收后再將接收到的字符返還給計算機(jī)，實現(xiàn)計算機(jī)與單片機(jī)的實時通信。系統(tǒng)調(diào)試成功后,本智能晾曬系統(tǒng)即可獨立工作。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計及功能實現(xiàn)

系統(tǒng)控制軟件是整個系統(tǒng)的大腦和核心，直接決定系統(tǒng)功能的正常實現(xiàn)。本系統(tǒng)軟件采用“模塊化”方法，其優(yōu)點是，單個功能模塊設(shè)計調(diào)試完成之后，可以實現(xiàn)模塊共享；不需要全局的復(fù)雜修改，只需要修改局部就可以實現(xiàn)整體功能的變化。本系統(tǒng)主程序模塊設(shè)計了手動晾曬和自動晾曬兩部分，圖3是本系統(tǒng)的程序流程示意圖。

圖3　程序流程圖

系統(tǒng)開機(jī)上電后，LCD清屏，初始狀態(tài)如圖4a所示，步進(jìn)電機(jī)復(fù)位后運行到標(biāo)尺5.0 cm處，窗戶關(guān)閉。系統(tǒng)能完成手動晾曬和自動晾曬，自動模式優(yōu)先，在自動模式結(jié)束后支持手動模式，手動模式下，夜間或陰雨狀態(tài)時“自動收回”仍然有效。按下“自動”鍵，LCD第4行顯示“自動”，如果光照度顯示為“晴”，系統(tǒng)自動進(jìn)行晾曬，步進(jìn)電機(jī)工作打開窗戶，晾衣架移到窗外后關(guān)閉窗戶。此過程，LCD第4行“自動”后面同步顯示動作狀態(tài)，并實時顯示光照度。晾曬結(jié)束后，即LCD第3行晾曬時間變?yōu)?0-00-00，晾衣架自動收回，如圖4b所示。如果晾曬過程中，光照度降到30，則自動收回。

圖4　LCD顯示系統(tǒng)

系統(tǒng)調(diào)試時，通過串行口發(fā)送查詢命令可以獲取智能晾衣架的工作狀態(tài)。輸入查詢命令，只有收到正確查詢命令，系統(tǒng)才作出應(yīng)答，響應(yīng)時間小于1 s。系統(tǒng)應(yīng)答如圖5所示。

圖5　串口實現(xiàn)上下位機(jī)通訊

輸入查詢命令：ff01000d，系統(tǒng)應(yīng)答為：FFH 02H 02H **H ##H 0DH，其中**表示光照度大小，##表示運行狀態(tài)。如系統(tǒng)返回：FFH 02H 02H 3DH 20H 0DH，則表示光照度為3D(十六進(jìn)制)，運行狀態(tài)為窗外晾曬。

3結(jié)束語

本文采用AT89S52單片機(jī)為主控芯片設(shè)計一種智能晾曬系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)晴朗天氣自動晾曬衣物，陰雨天氣自動收回衣物，具有自動化晾曬控制的特點。該系統(tǒng)易于操作，經(jīng)濟(jì)適用，具有一定的應(yīng)用前景。當(dāng)然，本設(shè)計在普適性上還有待進(jìn)一步提高和完善。

參考文獻(xiàn)：

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[6] 孫立平,程耕國.基于單片機(jī)的無功補(bǔ)償器設(shè)計[J].制造業(yè)自動化,2013,35(1):104-105,127.

〔責(zé)任編輯： 盧蕊〕

Research on the design of intelligent drying system based on singlechip

CHEN Jinhua, XU Liangliang, SUN Xuelei, DANG Lifeng

(Electrical and Mechanical Engineering Department, Zhenjiang Vocational Technical College, Zhenjiang 212016, China)

Abstract:This thesis covers the design of a intelligent drying system based on single chip microcomputer and also provides the realization method of the hardware and software of the system. The intelligent drying system can achieve manual and automatic drying, and the system is counted down according to the set time if automatic drying key is chosen. The system will take back automatically if the light intensity falls to 30. The system has achieved the human-machine interaction task which can acquire and process real-time data, and send the data to the computer, and the horizontal movement in the drying system is realized. Therefore, the system has higher reliability and efficiency than the traditional drying system.

Key words:drying system; intelligent control; singlechip

作者簡介：陳金華(1980—)，女，山東聊城人，講師，碩士，主要從事微電子學(xué)、固體電子學(xué)及電子通訊研究；徐倆倆(1983—)，女，江蘇徐州人，講師，碩士，主要從事自動化控制研究。

收稿日期：2015-05-06

中圖分類號：TP368.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-8148(2016)01-0064-03