基于STM32的自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要第1章緒論1.1研究背景科技不斷地發(fā)展,人們也在不斷進(jìn)步。人們的生活已經(jīng)開始對(duì)智能化不斷地追求,這種形式導(dǎo)致了家具智能化也開始了進(jìn)一步的研究。人工智能的產(chǎn)生與使用電器、照明、窗簾控制及人工智能防盜報(bào)警等方面進(jìn)一步緊密結(jié)合,鼓勵(lì)了人們?nèi)娴乩萌斯ぶ悄?。然?所有家具清潔工具人工智能的研究和未來(lái)，并沒(méi)有得到了大量關(guān)注和廣泛研究。在我國(guó),它們甚至都是可以被人工智能用一個(gè)沒(méi)有什么變化來(lái)描述,所以現(xiàn)代智能化的晾衣架也還是具有很多發(fā)展的空間,市場(chǎng)上的研究和應(yīng)用價(jià)值非常高,社會(huì)的注意力并逐漸被這種生活方式所吸引。對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越快。越多越多便利人們生活的自動(dòng)化產(chǎn)品（日常用品）被制造出來(lái)，從方方面面令我們能夠成為一個(gè)“懶人”，而這些便利人們的產(chǎn)品被稱為“懶人神器”。傳統(tǒng)的衣服涼曬是完全人參與，天晴晾出，下雨收回，這需要人長(zhǎng)期呆在家里看守。現(xiàn)在的城市上班族大部分是朝九晚五的工作時(shí)間，加上通勤時(shí)間，白天幾乎都不在家，晚上既無(wú)太陽(yáng)，也要睡覺(jué)，無(wú)法看管衣服的晾曬。對(duì)于晾曬在陽(yáng)臺(tái)外的衣服，可能會(huì)因?yàn)樘鞖獾耐蝗蛔兓鵁o(wú)法將衣服及時(shí)收起，造成被雨水淋濕。被雨淋過(guò)的衣服可能會(huì)發(fā)霉發(fā)臭，不便于收納。只能周末洗衣，或者采用洗衣機(jī)的烘干功能。而中國(guó)傳統(tǒng)是喜歡用太陽(yáng)給衣服自然曬干并消毒。首當(dāng)其沖，晾衣架便是與我們的生活密不可分的日常用品。傳統(tǒng)的晾曬架主要可以分為兩大類，一類是固定式的，其中最常見(jiàn)的就是晾衣桿和晾衣架；另一類是簡(jiǎn)單的可伸縮式的。而這種可伸縮式的晾衣架，又大致地可分為上升下降式和前后拉伸式兩種。以上描述的不管是固定式的還是可伸縮式的晾衣架都是需要人們?nèi)ナ謩?dòng)操作的，無(wú)法感知天氣的變化，無(wú)法根據(jù)判斷周圍環(huán)境是否陽(yáng)光無(wú)法避免衣服在下雨天的時(shí)被淋濕，以致發(fā)霉發(fā)臭給生活帶來(lái)的不便。1.2發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)晾衣架，作為人們每天使用的家居用品，如今已經(jīng)成為許多家庭的生活必需品。現(xiàn)在市面上，也有許多將衣服在室內(nèi)烘干的產(chǎn)品。這一類產(chǎn)品無(wú)疑是縮短了試衣服變干的時(shí)間，也是當(dāng)代忙碌的人們的一大“懶人神器”；相較于通常將衣服自然晾曬于陽(yáng)光底下、自然風(fēng)干，衣物烘干產(chǎn)品大大縮短了衣物干燥的時(shí)間。晾衣架是我國(guó)一大具有特色的產(chǎn)品,這個(gè)行業(yè)從誕生至今已經(jīng)持續(xù)了幾十年。從它的誕生至今,其設(shè)計(jì)和技術(shù)也正在不斷地改良與變革?，F(xiàn)在衣物烘干技術(shù)的廣泛應(yīng)用,最常見(jiàn)的就是衣物烘干機(jī)和洗烘一體機(jī)兩個(gè)方面。而且相比于目前現(xiàn)代大多數(shù)的私人衣物經(jīng)過(guò)烘干處理方法和干洗技術(shù),人們?nèi)匀桓映浞窒硎苓@種傳統(tǒng)式的私人衣物經(jīng)過(guò)晾干、烘烤、風(fēng)干的方法,更加強(qiáng)烈地依賴于強(qiáng)紫外線的照射殺菌效果,更加充分享受到了可以透過(guò)自己的私人衣物被戶外太陽(yáng)陽(yáng)光擁抱的溫暖感覺(jué)。不僅如此，衣物烘干產(chǎn)品在帶給人們便利的同時(shí)也給人們帶來(lái)了另一筆開支，如果是利用擁有烘干功能的洗衣機(jī)（洗烘一體機(jī)）進(jìn)行衣物烘干的話，這會(huì)比一般的洗衣機(jī)貴上一到兩千且這樣的洗衣機(jī)的烘干模式一般比一個(gè)烘干機(jī)的烘干效果差很多，那么要令衣物達(dá)到完全干燥就更耗電，如此以來(lái)就是一筆開銷；一般的烘干機(jī)也需要1-2小時(shí)才能將衣物烘干這樣相對(duì)耗電較少一些，長(zhǎng)此以往，一年四季也是不少的開銷。1.3研究意義近十年多以來(lái),隨著國(guó)內(nèi)和整個(gè)國(guó)際實(shí)體經(jīng)濟(jì)的高速健康增長(zhǎng),也極大地直接推動(dòng)了各行各業(yè)和社會(huì)相關(guān)服務(wù)行業(yè)的健康飛速發(fā)展。其中電動(dòng)手搖晾衣架在目前我國(guó)的晾衣市場(chǎng)上也脫穎而出,十年間也一直發(fā)展很快?，F(xiàn)在的我國(guó)智能化電動(dòng)晾衣架行業(yè)己經(jīng)可以算是一個(gè)從剛開始逐步走向成熟的一個(gè)行業(yè),由最初的一個(gè)起步準(zhǔn)備時(shí)期慢慢逐步走向了成熟。由于采用現(xiàn)代手搖晾衣架自身就存在著其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用壽命相對(duì)較短,保養(yǎng)麻煩等種種不良問(wèn)題,無(wú)法完全滿足廣大家庭消費(fèi)者對(duì)現(xiàn)代家庭日常生活中的智能化和與日俱增的使用要求。最初我們可能認(rèn)為電動(dòng)晾衣架本身可能僅僅只是一根穿著一根尼龍繩索或是頂端帶有一根鐵絲的鋼管,之后可能就是人們借助尼龍繩的手動(dòng)牽引和手動(dòng)升降,后來(lái)近年人們開始發(fā)明了一種也被稱為手搖尼龍繩式的手搖電動(dòng)晾衣架,直到上世紀(jì)八十和九十年代,晾衣架才真正開始逐步進(jìn)化為現(xiàn)在的不銹鋼絲手搖式晾衣架。逐步發(fā)展到后來(lái)的電動(dòng)晾衣機(jī)，再到現(xiàn)如今常見(jiàn)的衣物烘干產(chǎn)品——烘干機(jī)、洗烘一體機(jī)、自動(dòng)晾衣架等。關(guān)于這些證明著晾衣架發(fā)展歷程而衍生的產(chǎn)品無(wú)一不彰顯出，晾衣架是我們生活中密不可分的日用品。根據(jù)現(xiàn)階段晾衣架的發(fā)展，這種設(shè)計(jì)方法可以使人們從原有的洗滌方法中解脫出來(lái)，實(shí)現(xiàn)智能生活。這種智能的晾衣架除了人工智能和其他優(yōu)點(diǎn)，如占地面積小，相對(duì)于其他烘干機(jī)及其操作方法非常簡(jiǎn)單，人工拉伸和回收可以通過(guò)遙控實(shí)現(xiàn)，它也有很高的外觀。與其他衣架相比，這種衣架是避免麻煩的好方法。它的工作方式是,在每個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)模塊可在這一次的溫度和濕度,或光的力量把他們發(fā)送到單片機(jī),單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)衣服的功能。而本文選擇對(duì)自動(dòng)晾衣架這一方向進(jìn)行研究和分析，就制作成本、實(shí)用性、人們普遍的消費(fèi)水平而言，自動(dòng)晾衣架無(wú)疑是人們的高性價(jià)比的選擇。既能免去人們?cè)谕夤ぷ鲿r(shí)衣服可能會(huì)因?yàn)閴奶鞖鉄o(wú)法收回的煩惱，也節(jié)約了人們的使用成本（耗電量相較于烘干機(jī)、洗烘一體機(jī)會(huì)小很多）。1.4研究?jī)?nèi)容目前我國(guó)大多數(shù)普通用戶生活中，由于外部環(huán)境的變化和硬件本身對(duì)智能晾衣架的更換工作的不足，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)伸縮收縮或烘干機(jī)的目標(biāo)。普通的衣架在現(xiàn)實(shí)生活中并非有很強(qiáng)的人性化,無(wú)法方便大眾生活,許多常見(jiàn)的困難也無(wú)法得到有效解決。比如,當(dāng)我們還沒(méi)有辦法在家的時(shí)候,天空突然開始刮起大風(fēng)和下雨,外面晾曬好的衣物并不能及時(shí)有效地進(jìn)行收回,以致于需要再次洗滌衣物?，F(xiàn)在正值夏天之時(shí),我們常常也會(huì)有因?yàn)楣ぷ鞣泵Φ臅r(shí)候,導(dǎo)致自己的衣服被晾曬在室外一整天,沒(méi)能及時(shí)地收回而被夏天的晚風(fēng)刮掉在地或者落入樓下。假如我們出去上班或者是上學(xué)不在家,并且在夏天的中午這個(gè)時(shí)間段將無(wú)法返回到自己的家,把衣服都放在自己家中晾曬以防收回不及時(shí),這已經(jīng)是我們平常生活中最普遍的現(xiàn)象,所以衣服的晾曬對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常需要注意的生活細(xì)節(jié)。雖然有許多大型制造商在世界智能晾衣架的研究在某種程度上，但它們大都是研究生產(chǎn)智能晾衣架是智能的，用戶只能通過(guò)電路按鈕控件，比如做衣服的目的達(dá)到垂直烘干衣服,但設(shè)計(jì)不是完美的干衣服，讓衣服沒(méi)有損傷，采用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)可以解決這個(gè)問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程，單片機(jī)在DHT11溫度濕度傳感器后獲得目前的天氣狀況，當(dāng)外界溫度或濕度設(shè)置數(shù)值系統(tǒng)時(shí)，單片機(jī)將發(fā)送信號(hào)驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，完成智能烘干服裝。另外，當(dāng)變速桿在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中接觸到位置開關(guān)時(shí)，電機(jī)將停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)暴風(fēng)雨后的平靜將足夠的陽(yáng)光，光敏電阻，由于光照變化使其電阻變化,和改變信息發(fā)送到單片機(jī)，單片機(jī)應(yīng)用的光強(qiáng)度的指導(dǎo)下判斷，然后將脈沖信號(hào)發(fā)送到電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)和聰明的洗滌。以使STM32為核心，基于從C語(yǔ)言操作系統(tǒng)為設(shè)計(jì)環(huán)境完成一個(gè)自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用了液滴傳感器模塊、光敏傳感器模塊為主要的模塊，分別用于感應(yīng)雨水和感應(yīng)陽(yáng)光的強(qiáng)度。此系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：接通電源后，系統(tǒng)先進(jìn)行復(fù)位，此時(shí)應(yīng)處于手動(dòng)模式，可按下開按鍵/關(guān)按鍵進(jìn)而通過(guò)STM32驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)使晾衣架展開/收回。按下模式切換的開關(guān)，將模式切換到自動(dòng)模式，切換后，系統(tǒng)將再次復(fù)位。此時(shí)，在自動(dòng)模式下，有光環(huán)境（液滴檢測(cè)模塊上未有液滴）下引起光敏模塊的阻值變化，再將信號(hào)傳至STM32中，對(duì)信號(hào)作出判斷而對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)出使晾衣架展開的信號(hào)，晾衣架展開；當(dāng)晴天轉(zhuǎn)為陰天時(shí)，晾衣架便會(huì)收回。在液滴模塊濕潤(rùn)的情況下，不論是否有光，在自動(dòng)模式下以液滴檢測(cè)模塊向STM32傳輸?shù)男盘?hào)作為優(yōu)先判斷，驅(qū)動(dòng)電機(jī)使晾衣架收回。五邑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1晾衣架機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1.1晾衣架前后移動(dòng)部分設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)采用的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)晾衣架室內(nèi)外來(lái)回移動(dòng)，突破了傳統(tǒng)晾衣架在空間上的局限性，這種雙向化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)既有效的避免了智能產(chǎn)品保養(yǎng)方面的問(wèn)題，又能解決人們對(duì)產(chǎn)品功能要求齊全的需求，為現(xiàn)代化設(shè)計(jì)提供了發(fā)展方向。2.1.2晾衣架上下折疊部分設(shè)計(jì)面對(duì)現(xiàn)今緊張的住房問(wèn)題，節(jié)約空間是每一個(gè)現(xiàn)代人都需要學(xué)的一門學(xué)問(wèn)。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)手動(dòng)調(diào)整結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)由一個(gè)電機(jī)和定滑輪構(gòu)成，由手動(dòng)按鈕控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)帶動(dòng)滑輪來(lái)回滾動(dòng)，完成晾衣架上下結(jié)構(gòu)自動(dòng)收縮。設(shè)計(jì)中采用傳統(tǒng)折疊式結(jié)構(gòu)，人性化處理方式，考慮到用戶個(gè)體身體差異，手動(dòng)可以調(diào)節(jié)晾衣架的高度，適用人群更為廣泛。2.1.3晾衣架產(chǎn)品整體設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的晾衣架無(wú)論是在機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，還是在控制自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)，都有其獨(dú)特性。結(jié)構(gòu)上：智能晾衣架能實(shí)現(xiàn)陰雨天自動(dòng)收回來(lái)，有效避免衣物淋濕，天氣晴朗，能自動(dòng)將晾衣架伸到陽(yáng)臺(tái)外，讓其充分接受陽(yáng)光，提高晾曬效率。技術(shù)上：采用新型的STM32單片機(jī)控制晾衣架，操作起來(lái)更為簡(jiǎn)單方便，簡(jiǎn)明的圖形編程語(yǔ)言取代復(fù)雜的C語(yǔ)言代碼，極大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，加快了城市化進(jìn)程。2.2硬件系統(tǒng)框架本設(shè)計(jì)是基于STM32的自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)，在此設(shè)計(jì)中使用的主控芯片為STM32F103C8T6，使用到的模塊電路有：FC-37水滴傳感器模塊、光敏電阻傳感器模塊、MX1616直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。其他用到的電路有：LED信號(hào)指示燈電路和按鍵電路。硬件系統(tǒng)的框架如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件電路原理框圖2.3系統(tǒng)功能介紹光敏電阻傳感器在無(wú)光的環(huán)境中的情況下,呈現(xiàn)一個(gè)阻值非常高的狀態(tài),當(dāng)室內(nèi)光照強(qiáng)度有所增加時(shí),光敏電阻傳感器模塊的光敏電阻值也就會(huì)迅速地有所減小或大幅降低。當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),模塊TTL數(shù)字信號(hào)輸出接口D0輸出低電平(DO輸出指示燈亮起)到單片機(jī)的I/O端PA1,即單片機(jī)接收到晾衣架展開的信號(hào),對(duì)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)展開晾衣架。在連接上5v的電源后,液滴傳感器模塊在感應(yīng)板上無(wú)任何水滴時(shí),僅有一個(gè)電源指示燈亮起。例如,當(dāng)傳感器板上發(fā)現(xiàn)有液滴或者是水滴時(shí),模塊地ttl數(shù)字信號(hào)輸出接口do的輸出是一個(gè)低電平,do指示燈就會(huì)亮起。此時(shí)單片機(jī)收到了液滴檢測(cè)模塊傳來(lái)下雨的信號(hào),則向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)出指令,驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)收回晾衣架。當(dāng)傳感器接收的光照強(qiáng)度超過(guò)了設(shè)定的閾值,而液滴檢測(cè)模塊中的感應(yīng)板上感應(yīng)到液滴時(shí),則液滴傳感器的ttl數(shù)字信號(hào)輸出接口do所產(chǎn)生的低電平信號(hào)是判斷優(yōu)先級(jí)最高的,單片機(jī)發(fā)出收回晾衣機(jī)的指令。若是人們想要在空閑(晚上在家或是休息日在家的時(shí)候),在沒(méi)有陽(yáng)光而刮起輕輕一陣自然風(fēng)的時(shí)候,利用這一陣風(fēng)干燥衣物。則可以將自己的晾衣架切換到一個(gè)手動(dòng)模式,可以通過(guò)直接按下開或者關(guān)的按鍵來(lái)使得單片機(jī)相關(guān)的引腳轉(zhuǎn)換為一個(gè)低電平的狀態(tài)(連接按鍵的單片機(jī)控制引腳是默認(rèn)高電平的),實(shí)現(xiàn)了對(duì)于單片機(jī)的手動(dòng)輸入，將晾衣機(jī)展開或者收回的信號(hào)。從而發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)所需要的功能。同時(shí)，本設(shè)計(jì)中有一個(gè)LED信號(hào)指示燈電路，其中LED信號(hào)指示燈用于指示晾衣架是處于自動(dòng)模式還是手動(dòng)模式。LED指示燈亮起時(shí)，晾衣架處于自動(dòng)模式，晾衣架可根據(jù)光照、雨滴的變化展開或是收回。LED信號(hào)指示燈熄滅時(shí)，晾衣架處于手動(dòng)模式，可通過(guò)按鍵方式控制晾衣架收回或展開。模式的切換通過(guò)模式切換按鍵實(shí)現(xiàn)。此處電路中的需要一個(gè)保護(hù)LED信號(hào)指示燈的限流電阻。2.4系統(tǒng)模塊功能介紹2.4.1主控模塊單片機(jī)采用STM32作為主控系統(tǒng)，作為本設(shè)計(jì)的主控設(shè)備，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)當(dāng)中，采集的信息不是單一的信息，需要采集溫度、光強(qiáng)、雨滴等信息，還要對(duì)這些信息進(jìn)行分析，再通過(guò)傳輸元件發(fā)出命令，來(lái)指引設(shè)備工作，是真?zhèn)€設(shè)備的核心設(shè)置，所以需要足夠強(qiáng)大，而STM32單片機(jī)剛好能滿足設(shè)備的需求，在運(yùn)算上，每分鐘的頻率可達(dá)72MHz，足夠完成設(shè)備的正常運(yùn)行，而且以STM32作為主控模塊，不僅是運(yùn)算強(qiáng)大，還因?yàn)樗鄬?duì)來(lái)說(shuō)耗能比較少，經(jīng)濟(jì)劃算。配置豐富、功能齊全且價(jià)格低廉,因此選擇它們來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的主控器件。2.4.2溫濕度傳感濕度傳感器的選用與重量及溫度的測(cè)量相同。在進(jìn)行濕度傳感器的選用時(shí)應(yīng)該先確定其所需要進(jìn)行測(cè)量的范圍。除去了氣象學(xué)和科研單位外,溫濕度的測(cè)定和控制通常不用按照全濕度范圍進(jìn)行測(cè)量。溫濕度傳感器件種類當(dāng)前,zigbee硬件模塊的主要使用策略有兩點(diǎn):首先是使用一個(gè)獨(dú)立rf信號(hào)收發(fā)設(shè)備和電路板的微控制芯片;在集成電路單元上分別接入射頻信號(hào)收發(fā)設(shè)備和電路板的微控制芯片(一種系統(tǒng)級(jí)別的芯片)。器件選型如下。Soc（系統(tǒng)級(jí)別的芯片）的選型。美國(guó)德州儀器公司采用自主技術(shù)研發(fā)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的產(chǎn)品cc2430能夠有效地解決諸多相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的問(wèn)題,并且同時(shí)能降低其系統(tǒng)能耗,減少了技術(shù)的投入資金和維護(hù)資金,cc2530就是基于這個(gè)芯片研發(fā)發(fā)出來(lái)的,它是目前最先進(jìn)的SOC系統(tǒng)。飛思卡爾公司研發(fā)的MC1321X集成電路，主要包含射頻收發(fā)裝置以及微控制裝置HCS08(8位)。射頻收發(fā)裝置和微控制單元。美國(guó)德州儀器公司自主研發(fā)出了msp430集成電路以及rf集成電路cc2420套件,這個(gè)套件所需要消耗的功率和能量相對(duì)較少,在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理這一方面也是十分強(qiáng)大。愛(ài)特梅爾也研發(fā)出了atmege128控制裝置和at86rf230套件。美國(guó)微芯科技公司采用自主技術(shù)設(shè)計(jì)研發(fā)并推出了一款采可以編程的中斷控制器和一款射頻集成電路套件mrf24j40。同時(shí)也對(duì)外公布了其中的相關(guān)程序,使得對(duì)其有所追求的人們就能夠方便地在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行無(wú)線系統(tǒng)的相關(guān)研發(fā)和研究。對(duì)于智能化暖房的檢測(cè)需要,同時(shí)充分考慮各種類型的集成電路的特點(diǎn)和特征,這個(gè)解決方案主要是采用美國(guó)德州儀器公司研發(fā)的級(jí)別為系統(tǒng)級(jí)的芯片——CC2530.多功能智能電動(dòng)晾衣架選擇的溫濕度傳感器主要是—DHT11，一款相對(duì)來(lái)說(shuō)非常典型的溫、濕度傳感器,相比較于其他的傳感器,它的數(shù)字信號(hào)輸出功能更加標(biāo)準(zhǔn)。因此能夠做到保證產(chǎn)品的可靠性高,穩(wěn)定性良好,主要是由于dht11采用了專門的數(shù)字采集模塊和技術(shù)。它分別由ntc溫度計(jì)以及無(wú)線電阻式濕度傳感器這兩個(gè)部分組成,并且與性能較高的一個(gè)微控制器互相連接,而且這是一個(gè)8位的微控制器。所以dht11得益于此,具有了許多其他溫、濕度傳感器所沒(méi)有的特殊優(yōu)點(diǎn),保障了產(chǎn)品質(zhì)量,不容易被的外界所干擾。比起一般的傳感器，它能迅速地接受，且響應(yīng)的速度也比較快,性價(jià)比高。dht11傳感器的制造中,都是在非常精確的相對(duì)濕度校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其進(jìn)行了校準(zhǔn)的。校準(zhǔn)后的所有數(shù)據(jù)信息都會(huì)被編寫成相關(guān)程序，并將其存入otp存儲(chǔ)器而保留下來(lái)。在傳感器內(nèi)部對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的過(guò)程中，就稱這些校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息為校準(zhǔn)系數(shù)。由于采用了單線串行接口，使得系統(tǒng)集成更快和更加的方便。dht11不僅體積微小,而且功耗非常低。它甚至能夠向20米之外傳輸信號(hào)。就因?yàn)槿绱?，它在各種要求苛刻的應(yīng)用中脫穎而出。它的外觀被設(shè)計(jì)成個(gè)小小的方塊,單排四針,所以在連接的方面更加簡(jiǎn)單直接,還能夠隨著使用者的需求來(lái)提供不同的封裝樣式。2.4.3雨滴傳感雨滴傳感器是一種靈敏度高的傳感裝置,主要被應(yīng)用于檢測(cè)天氣——是否有降雨及降雨量的大小。雨滴傳感器有三個(gè)種類：根據(jù)雨滴對(duì)感應(yīng)板的沖擊力和產(chǎn)生的能量來(lái)進(jìn)行檢測(cè);（2）利用靜電電容量變化進(jìn)行檢測(cè)；（3）利用光亮變化進(jìn)行檢測(cè)在此當(dāng)中光感式新型雨滴濕度傳感器的主要設(shè)計(jì)工作電路原理。一個(gè)這種雨滴傳感器上分別設(shè)有三個(gè)光照強(qiáng)度傳感器以及一個(gè)發(fā)光的二極管。其中,一個(gè)是用于測(cè)量近光環(huán)境的，一個(gè)是用于遠(yuǎn)光即前方光線的測(cè)量，剩下的這一個(gè)是用于測(cè)量雨滴的；而發(fā)光二極管與3個(gè)光強(qiáng)傳感器配合以測(cè)量玻璃上的雨滴密度。所以當(dāng)擋風(fēng)玻璃上面看不見(jiàn)這些雨滴時(shí),由它們所發(fā)出的絕大部分折射出玻璃的另一邊，接收反射回來(lái)的光光強(qiáng)較小。當(dāng)玻璃上布滿雨滴時(shí)，接收到的反射回來(lái)的光強(qiáng)度增加，這樣傳感器的輸出就會(huì)發(fā)生變化多功能智能雨滴傳感器電路原理圖如圖3-3所示。集成運(yùn)算放大器采用lm324構(gòu)成了一個(gè)電壓比較器電路。例如當(dāng)鍍銅板制成的傳感器上沒(méi)有一滴雨滴落下時(shí),那么集成運(yùn)算放大器a1的輸出為高電平；反之，當(dāng)雨滴滴落在鍍銅板傳感器上時(shí)，集成運(yùn)算放大器的輸出為低電平。圖3-3雨滴傳感器電路示意圖2.4.4光照強(qiáng)度傳感光學(xué)傳感器一般指的是一種能夠把接收到的紫外光光能敏化成紅外光,并且把接收到的光能轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的裝置。光學(xué)傳感器是一類被廣泛應(yīng)用的傳感器裝置，由光敏元件作為主要元件組成。主要可以詳細(xì)劃分為如下四大類:環(huán)境光傳感器，紅外光傳感器，太陽(yáng)光傳感器以及紫外線傳感器。主要被應(yīng)用于以下兩個(gè)方面的電子應(yīng)用——改變車身以及智能照明系統(tǒng)?，F(xiàn)代電氣測(cè)量技術(shù)越來(lái)越成熟。它具備了測(cè)量精度高、使計(jì)算機(jī)連接的自動(dòng)實(shí)時(shí)處理易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)良之處在電、非電量的測(cè)量中被普遍認(rèn)可并得到廣泛應(yīng)用。但是，使用電測(cè)量的方法，非常容易受到干擾。術(shù)方法很容易被人們所干擾。而在交流測(cè)量中,頻率響應(yīng)范圍又不夠?qū)?對(duì)耐電壓和絕緣性能上有一定的要求。今天,隨著激光技術(shù)的進(jìn)步和飛速發(fā)展,上述問(wèn)題都能夠得以解決。光敏傳感器原理圖如3-4所示。圖3-4光強(qiáng)度傳感器電路示意圖2.4.5LED信號(hào)指示燈電路led燈一般指的是發(fā)光二極管，它也屬于半導(dǎo)體二極管的其中一種。它的發(fā)光原理是將電能轉(zhuǎn)化光能。LED指示燈與一般的二極管一樣，都是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，也同樣有著PN結(jié)獨(dú)有的特性——單向?qū)щ娦浴Ｔ谶@個(gè)LED信號(hào)指示燈電路中,電阻的主要作用是通過(guò)限制流向LED燈的電流,以防LED燈因?yàn)檫^(guò)流而被燒壞。只要將單片機(jī)端的控制引腳的電平拉成低電平，那么根據(jù)LED信號(hào)指示燈單向?qū)щ娦?，那么LED燈亮起，否則會(huì)處于熄滅的狀態(tài)。其具體的電路原理圖如圖2-9所示。圖2-9LED燈指示電路原理圖2.4.6按鍵電路當(dāng)將按鍵按下一次的時(shí)候，可以看作接通開關(guān)；而再按下一次時(shí)，就相當(dāng)于開關(guān)再次斷開。這種按鍵開關(guān)實(shí)現(xiàn)斷開和連接的主要原理是，通過(guò)按下按鍵觸動(dòng)內(nèi)部的金屬?gòu)椘?，使其受力彈?dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)連接和斷開。這種手動(dòng)操作法的原理主要方法就是通過(guò)手指輕觸一個(gè)開關(guān)按鍵內(nèi)部的一些金屬絲或彈片來(lái)以承受力的角度彈動(dòng),從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)開關(guān)接通或者一個(gè)斷開。在本次設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)對(duì)按鍵的操作向系統(tǒng)輸入信號(hào)。而按鍵在里相當(dāng)于一個(gè)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的一個(gè)樞紐。連接到按鍵的單片機(jī)控制引腳復(fù)位后為高電平電平，按下按鍵后，電路接通，將單片機(jī)引腳直接連接到地使其變?yōu)榈碗娖?；進(jìn)一步地做到對(duì)系統(tǒng)的手動(dòng)輸入。原理電路如圖2-10所示。圖2-10按鍵電路原理圖2.4.7控制電路根據(jù)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程，采用STM32單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的控制器。控制系統(tǒng)原理圖如圖2-11所示。單片機(jī)的工作頻率為12MHz；C1選擇30pf，C2選擇30pf，C3選擇22μf；R5-R9它們都是10KΩ電阻，R10-R13是220Ω電阻，D1和D2是IN4001，兩個(gè)晶體管T1和T2是9013型號(hào)，J1和J2是直流12V繼電器，容量是2A，D3和D4是紅色和綠色發(fā)光二極管，SB1是智能衣架手動(dòng)收縮啟動(dòng)命令按鈕，SB2是智能衣架手動(dòng)伸長(zhǎng)啟動(dòng)命令按鈕，SQ1和SQ3是延長(zhǎng)線開關(guān)、SQ2和SQ4是伸長(zhǎng)啟動(dòng)按鈕。限位開關(guān)；pl.4光信號(hào)輸入；p1.5為雨滴信號(hào)輸入；J1為控制電機(jī)后退繼電器，J2為控制電機(jī)前進(jìn)繼電器；D3為電機(jī)后退指示燈，D4為電機(jī)前進(jìn)指示燈。圖2-11STM32控制系統(tǒng)原理圖工作過(guò)程如下：接通SB2，P1.1此時(shí)為低電壓，STM32給P2.1發(fā)出命令，P2.1此時(shí)為高電壓，接著繼電器J1線圈連通，系統(tǒng)運(yùn)行，發(fā)出衣架伸出的命令，此時(shí)P2.2變?yōu)楦唠妷?，二極管D3亮，SQ2和SQ4為伸出的限位開關(guān)，若SQ2和SQ4合上，STM32則發(fā)出停止的命令，，J1斷開，衣架就會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，而P2.2端口為低電平，發(fā)光二極管D3滅。當(dāng)SB1合上時(shí)，P1.0為低電平，STM32的P2.4端口發(fā)出指令P2.4端口變?yōu)楦唠娖?，繼電器J2線圈連通，多功能智能衣架收縮，而P2.6端口為高電平，發(fā)光二極管D4亮；SQ1和SQ3為智能衣架收縮限位開關(guān)，當(dāng)SQ1和SQ3關(guān)閉，STM32的P2.4端口發(fā)出停止指令（P2.4端口為低電平），繼電器J2斷開。當(dāng)線圈被切斷時(shí)，智能晾衣架停止收縮。同時(shí)，P2.6端口低，發(fā)光二極管D4熄滅。上述的工作過(guò)程，對(duì)應(yīng)的也是在其他端口連接的感應(yīng)器，根據(jù)相應(yīng)的狀況，單片機(jī)做出數(shù)據(jù)分析判斷，通過(guò)傳輸元件發(fā)出命令，當(dāng)接受到光信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)，斷開還是合上，二極管是D3亮還是D4亮，設(shè)備運(yùn)行是伸長(zhǎng)還是收縮，不難理解，當(dāng)雨滴感應(yīng)器接收到信號(hào)時(shí)，設(shè)備該進(jìn)入什么狀態(tài)，接受溫濕情況的信號(hào)時(shí)，又是什么狀態(tài)，總之，設(shè)備的運(yùn)行，是根據(jù)環(huán)境的變化來(lái)進(jìn)行的，控制系統(tǒng)也是根據(jù)感應(yīng)器接收到的信號(hào)做出判斷，來(lái)指揮電路的開關(guān)合并。2.5選用器件的介紹2.5.1主控芯片的概述此設(shè)計(jì)中使用的主控芯片為STM32F103C8T6。STM32系列處理器是意法半導(dǎo)體ST公司生產(chǎn)的一種基于ARM7架構(gòu)的32位、支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的微控制器。選擇此款控制芯片是因?yàn)楸鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)并非追求成本的最低或更小的功耗，而是在實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)功能的前提下能夠提供更豐富的接口和功能以便于設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需的外圍擴(kuò)展電路。此款控制芯片在完成單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)后上手較為容易，在醫(yī)療器械中應(yīng)用廣泛，具有很好的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)研究?jī)r(jià)值。使用ARM最新的、先進(jìn)架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能、杰出的功耗控制、出眾及創(chuàng)新的外設(shè)、最大程度的集成整合，以上均是STM32的主要優(yōu)點(diǎn)。STM32F103C8T6單片機(jī)核心板接口電路圖2-2所示。圖2-2STM32單片機(jī)核心板接口原理圖2.5.2單片機(jī)的選擇與原理單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成單個(gè)邏輯功能的芯片，而是安裝在芯片上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它相當(dāng)于一個(gè)非常微型的計(jì)算機(jī)設(shè)備。與計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)缺乏I/O設(shè)備?？偠灾?，芯片變成了計(jì)算機(jī)。單片機(jī)體積小，重量輕，價(jià)格便宜。為新設(shè)備的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)使用和開發(fā)提供了便利條件。單片機(jī)有三種類型1.通用型根據(jù)單片機(jī)的適用范圍進(jìn)行區(qū)分。例如，80C51通用微控制器不是為特定目的而設(shè)計(jì)的；而專用微控制器是為一類產(chǎn)品甚至某一特定產(chǎn)品而設(shè)計(jì)和制造的。例如，為了滿足電子溫度計(jì)的某些要求，芯片中集成了ADC接口，其它功能由溫度測(cè)量電路控制。2.總線型這是由一臺(tái)單片機(jī)是否能提供并行總線來(lái)區(qū)分的。總線式單片機(jī)是指在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，能夠提供完整的地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的硬件結(jié)構(gòu)，如訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），要求高速，并提供讀/寫信號(hào)地址信號(hào)數(shù)據(jù)信號(hào)?？偩€型單片機(jī)只能使用一個(gè)指令和一個(gè)或兩個(gè)手指。為了在周期內(nèi)完成這一操作，非總線單片機(jī)需要大量的指令和較長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)完成。3.控制型這是基于單片機(jī)可以粗略地應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行區(qū)分。一般來(lái)說(shuō)，工業(yè)控制類型具有較大的尋址范圍和較強(qiáng)的計(jì)算能力。家用電器中使用的大多數(shù)微控制器都是專用的，通常是小包裝，價(jià)格低廉，外圍設(shè)備和外圍接口的高度集成。顯然，這些分類并不獨(dú)特和嚴(yán)格。相較于51式的單片機(jī)，STM32單片機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)1、STM32的內(nèi)核版本為ARM，比傳統(tǒng)的51單片機(jī)性能高出很多。51也缺少很多資源，比如USB控制器。它已經(jīng)取消了機(jī)器的循環(huán)或其他，運(yùn)行速度不是51可比的。2、STM32單片機(jī)程序是模塊化的，接口相對(duì)容易，但功能多，工作速度快。然而，51的功能很少，需要更多的外圍元件，需要熟悉電子產(chǎn)品。3、STM32可以從外部讀取信號(hào)，相較于51系列，性能高出很多，不僅可以讀取，還可以解碼，輸出信號(hào)。4、STM32的運(yùn)行速度比51單片機(jī)快幾十倍，外圍接口功能比51強(qiáng)得多。STM32是以ARM<Cortex<M處理器為核心的32位閃存微控制器，為單片機(jī)用戶開辟了新的自由開發(fā)空間，提供了各種易于使用的軟硬件輔助。TM32單片機(jī)集高性能、實(shí)時(shí)、數(shù)字信號(hào)處理、低功耗、低電壓于一體，同時(shí)保持了高度集成、簡(jiǎn)單開發(fā)的特點(diǎn)。是業(yè)界最強(qiáng)大的產(chǎn)品系列、基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的處理器、以及大量的軟硬件開發(fā)工具，使STM32單片機(jī)成為各類中小型項(xiàng)目和完整平臺(tái)解決方案的理想選擇。根據(jù)多功能智能晾衣架的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用STM32單片機(jī)。STM32單片機(jī)是目前比較實(shí)用的32位單片機(jī)。它的編程和外圍電路非常簡(jiǎn)單、可靠和便宜。采用STM32單片機(jī)作為智能晾衣架的核心控制器。其組成的控制系統(tǒng)原理框圖如圖3所示。當(dāng)STM32單片機(jī)接收到手動(dòng)按鈕的傳輸信號(hào)時(shí)，經(jīng)過(guò)STM32處理后，向電機(jī)的左右兩側(cè)發(fā)送指令，指示電機(jī)正在轉(zhuǎn)動(dòng)或反轉(zhuǎn)，使晾衣架延伸或收縮。當(dāng)晾衣架運(yùn)動(dòng)到極限時(shí)，其限位開關(guān)鎖定。STM32接收到限位開關(guān)鎖定信號(hào)后，向左、右兩側(cè)電動(dòng)機(jī)分別發(fā)出停止命令，使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)雨滴傳感器感應(yīng)到“雨滴”時(shí)，經(jīng)過(guò)雨滴傳輸通道的處理，送入STM32單片機(jī)。STM32指令電機(jī)左右兩側(cè)反轉(zhuǎn)電機(jī)，晾衣架開始收縮。當(dāng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)達(dá)到收縮極限時(shí)，其限位開關(guān)被鎖定，STM32接收到限位開關(guān)鎖定信號(hào)后，向左、右兩側(cè)電動(dòng)機(jī)分別發(fā)出停止命令，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。當(dāng)光傳感器感應(yīng)到光的強(qiáng)度時(shí)，經(jīng)光傳輸通道處理后發(fā)送給STM32微控制器，STM32向電機(jī)的左右兩側(cè)發(fā)送指令；當(dāng)光強(qiáng)度較高時(shí)，STM32發(fā)出前向旋轉(zhuǎn)指令，使衣物晾曬架伸展；當(dāng)光線強(qiáng)度弱，STM發(fā)出反向指令，使晾衣架收縮，取回衣物。當(dāng)溫濕傳感器感知到空氣中的濕度后，經(jīng)過(guò)溫濕變送通道處理后，送入到STM32單片機(jī)，STM32再向左、右兩側(cè)電動(dòng)機(jī)發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令；當(dāng)濕度小時(shí)，STM32發(fā)出正轉(zhuǎn)命令，使晾衣架伸張，晾曬衣物；當(dāng)濕度大時(shí)，STM32發(fā)出反轉(zhuǎn)命令，使晾衣架收縮。\o"添加到收藏夾"當(dāng)電機(jī)向前或向后轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，限位開關(guān)在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)移到極限位置時(shí)移動(dòng)。STM32接收到限位開關(guān)動(dòng)作信號(hào)后，分別向電機(jī)左右側(cè)發(fā)出停止指令，停止電機(jī)運(yùn)行.2.5.3FC-37水滴傳感器模塊本系統(tǒng)選擇FC-37傳感器來(lái)檢測(cè)水滴或者液位信號(hào)。傳感器采用高品質(zhì)FR-04雙面材料，超大面積5.0*4.0CM,并用鍍鎳處理表面，具有對(duì)抗氧化，導(dǎo)電性，及壽命方面更優(yōu)越的性能。模塊參數(shù)為：比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過(guò)15mA；配電位器調(diào)節(jié)靈敏度；工作電壓為3.3V-5V；輸出形式為數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）和模擬量AO電壓輸出；使用寬電壓LM393比較器。其工作原理：接上5V電源，電源指示燈亮，感應(yīng)板上沒(méi)有水滴時(shí)，DO輸出為高電平，開關(guān)指示燈滅，滴上一滴水，DO輸出為低電平，開關(guān)指示燈亮，刷掉上面的水滴，又恢復(fù)到，輸出高電平狀態(tài)。AO模擬輸出，可以連接單片機(jī)的AD口檢測(cè)滴在上面的雨量大小。DOTTL數(shù)字輸出也可以連接單片機(jī)檢測(cè)是否有雨。其實(shí)物及引腳說(shuō)明等如圖2-3所示。圖2-3FC-37水滴傳感器模塊及接口說(shuō)明模塊接口電路原理圖如圖2-4所示。圖2-4傳感器接口電路原理圖2.5.4光敏電阻傳感器模塊本系統(tǒng)選擇光敏電阻傳感器模塊對(duì)光照進(jìn)行檢測(cè)，該模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)。光敏電阻是用硫化隔或硒化隔等半導(dǎo)體材料制成的特殊電阻器，其工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。光敏電阻對(duì)光線十分敏感，其在無(wú)光照時(shí)，呈高阻狀態(tài)，暗電阻一般可達(dá)1.5MΩ。光敏電阻的特殊性能，隨著科技的發(fā)展將得到極其廣泛應(yīng)用。光敏電阻器一般用于光的測(cè)量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換（將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化）。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器對(duì)光的敏感性（即光譜特性）與人眼對(duì)可見(jiàn)光（0.4~0.76）μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會(huì)引起它的阻值變化。其具體參數(shù)如下：采用靈敏型光敏電阻傳感器，可以檢測(cè)周圍環(huán)境的亮度和光強(qiáng)靈敏度可調(diào)（圖中藍(lán)色數(shù)字電位器調(diào)節(jié)），工作電壓為3.3V-5V，輸出形式為DO數(shù)字開關(guān)量輸出（0和1）和AO模擬電壓輸出。，電源指示燈和數(shù)字開關(guān)量輸出指示燈，比較器輸出，信號(hào)干凈，波形好，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，超過(guò)15mA。比較器采用LM393芯片，工作穩(wěn)定。其工作原理：基于內(nèi)光電效應(yīng)，光照愈強(qiáng)，阻值就愈低，隨著光照強(qiáng)度的升高，電阻值迅速降低，亮電阻值可小至1KΩ以下。模塊在無(wú)光條件或者光強(qiáng)達(dá)不到設(shè)定閾值時(shí)，DO口輸出高電平，當(dāng)外界環(huán)境光強(qiáng)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，模塊D0輸出低電平；小板數(shù)字量輸出D0可以與單片機(jī)直接相連，通過(guò)單片機(jī)來(lái)檢測(cè)高低電平，由此來(lái)檢測(cè)環(huán)境的光強(qiáng)改變；小板數(shù)字量輸出DO可以直接驅(qū)動(dòng)本店繼電器模塊，由此可以組成一個(gè)光電開關(guān)；小板模擬量輸出AO可以和AD模塊相連，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，可以獲得環(huán)境光強(qiáng)更精準(zhǔn)的數(shù)值。光敏電阻傳感器模塊實(shí)物及具體接口說(shuō)明如圖2-5所示。圖2-5光敏電阻傳感器模塊實(shí)物及具體接口說(shuō)明模塊接口原理圖如圖2-6所示。圖2-6光敏電阻傳感器模塊接口原理圖2.5.5MX1616直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊此模塊采用進(jìn)口原裝專業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)置低導(dǎo)通內(nèi)阻MOS開關(guān)管，發(fā)熱極小，無(wú)需散熱片，體積小，省電。雙路1.5A*2,峰值電流可到2.5A,內(nèi)置過(guò)熱保護(hù)電路,不用怕電機(jī)堵轉(zhuǎn)燒壞，溫度下降后自動(dòng)恢復(fù)體積小；質(zhì)量輕，0待機(jī)電流；雙路H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩路直流電機(jī)或者1個(gè)4線兩相式步進(jìn)電機(jī)；模塊供電電壓為2V-10V；信號(hào)端輸入電壓為1.8-7V；單路工作電流1.5A，峰值電流可達(dá)2.5A，低待機(jī)電流(小于0.1uA)；內(nèi)置防共態(tài)導(dǎo)通電路，輸入端懸空時(shí)，電機(jī)不會(huì)誤動(dòng)作；內(nèi)置帶遲滯效應(yīng)的過(guò)熱保護(hù)電路(TSD)，無(wú)需擔(dān)心電機(jī)堵轉(zhuǎn)。模塊實(shí)物及接口說(shuō)明如圖2-7所示。圖2-7模塊實(shí)物及接口說(shuō)明模塊接口原理圖如圖2-8所示。圖2-8模塊接口電路原理圖模塊驅(qū)動(dòng)真值表如表2-1所示。表2-1模塊驅(qū)動(dòng)真值表2.6本章小結(jié)本章主要介紹了基于STM32的自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)中所使用到的模塊、電路和微處理器。主控芯片、各個(gè)模塊、外圍電路確定了后，接下來(lái)的軟件的任務(wù)也確定了，就是驅(qū)動(dòng)各個(gè)模塊、外圍電路，最后結(jié)合起來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)此次設(shè)計(jì)的要求。五邑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)第3章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1軟件系統(tǒng)框架主程序流程圖如圖3-1所示，系統(tǒng)通電以后要對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化設(shè)置，通過(guò)溫度傳感器和濕度傳感器的檢測(cè)后，單片機(jī)對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，判斷是否為白天，再根據(jù)濕度傳感器判斷是否適合晾曬，若適合則電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，衣架伸展。圖3-1軟件流程框架從圖3.1的軟件流程框圖上可以看出，軟件設(shè)計(jì)主要由模塊的初始化和系統(tǒng)的運(yùn)行的兩個(gè)部分構(gòu)成。3.2編程語(yǔ)言的選擇C語(yǔ)言是一種計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，它介于機(jī)器語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言之間，它不僅具有機(jī)器語(yǔ)言的特點(diǎn)，而且具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)。C出生于1972年的美國(guó)。它是由貝爾研究所的D.M.R.發(fā)起的。在此之后，各種類型的計(jì)算機(jī)被移植到C語(yǔ)言中，不僅可以編寫工作系統(tǒng)和控制程序代碼，還可以作為設(shè)計(jì)應(yīng)用的語(yǔ)言，它所寫的應(yīng)用程序與計(jì)算機(jī)硬件沒(méi)有絕對(duì)的關(guān)系。今天，C語(yǔ)言的使用非常廣泛，因?yàn)檎Z(yǔ)言極其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，不僅在軟件開發(fā)中應(yīng)用，許多種類的科研開始使用C語(yǔ)言編程。C語(yǔ)言易于理解，易于開發(fā)和維護(hù)，不受硬件操作能力的制約。采用模塊化設(shè)計(jì)移植和短開發(fā)周期是很容易的。代碼，使用C語(yǔ)言開發(fā)單片機(jī)控制存儲(chǔ)單元的分布是由編譯器自動(dòng)完成的，程序設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)只需要關(guān)注自己，不考慮存儲(chǔ)、分配和其他問(wèn)題?？梢允褂媚K化編程，C語(yǔ)言的一些常用功能的控制功能或算法可以編寫相應(yīng)的程序塊，在直接調(diào)用時(shí)，可以非常方便的程序開發(fā)和移植，縮短開發(fā)周期。由于整個(gè)程序比較復(fù)雜，且計(jì)算量較大，用到了較多的浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，所以程序的編寫采用了C語(yǔ)言。對(duì)于大多數(shù)單片機(jī)，使用C語(yǔ)言這樣的高級(jí)語(yǔ)言與使用匯編語(yǔ)言相比具有如下優(yōu)點(diǎn):（1）不需要了解處理器的指令集，也不必了解存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。（2）寄存器分配和尋址方式由編譯器進(jìn)行管理，編程時(shí)不需要考慮存儲(chǔ)器的。（3）地址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)。（4）指定操作的變量選擇組合提高了程序的可讀性。（5）可使用與人的思維更相近的關(guān)鍵字和操作函數(shù)。（6）與使用匯編語(yǔ)言相比，程序的開發(fā)和調(diào)試時(shí)間大大縮短。（7）C語(yǔ)言的庫(kù)文件提供了許多標(biāo)準(zhǔn)的例程。（8）通過(guò)C語(yǔ)言可實(shí)現(xiàn)模塊化編程技術(shù)，從而可將已編制好的程序加到新程序中。（9）C語(yǔ)言可移植性好且非常普及，C語(yǔ)言編譯器幾乎適用于所有的目標(biāo)系統(tǒng)，己完成的項(xiàng)目可以很容易的轉(zhuǎn)換到其它的處理器或環(huán)境中與匯編語(yǔ)言相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可移植性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，易學(xué)易用。3.3開發(fā)環(huán)境本設(shè)計(jì)中單片機(jī)開發(fā)環(huán)境是Keil，Keil是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、鏈接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（μVision）將這些部分組合在一起。運(yùn)行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語(yǔ)言編程，那么Keil幾乎就是你的不二之選，即使不使用C語(yǔ)言而僅用匯編語(yǔ)言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會(huì)令你事半功倍。其中Keil有以下特點(diǎn)：（1）Keil軟件同時(shí)支持WINXP和WIN7等多種操作系統(tǒng)，提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的開發(fā)工具。（2）Keil可以完成從編輯、編譯、到連接、調(diào)試的一套開發(fā)流程。Keil軟件界面如圖3-2所示。圖3-2Keil軟件界面3.4軟件設(shè)計(jì)首先明確好設(shè)計(jì)需求中各個(gè)模塊需要實(shí)現(xiàn)的功能。將各個(gè)模塊中初始化所需要的頭文件，方便在編寫程序時(shí)引用。系統(tǒng)的主程序是用C語(yǔ)言編寫的。在前端傳感器數(shù)據(jù)采集的控制邏輯中，通過(guò)模擬真實(shí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的智能感知。如圖3.1軟件流程框架所示。系統(tǒng)工作時(shí)，根據(jù)正常干燥狀態(tài)對(duì)傳感器進(jìn)行初始化，根據(jù)測(cè)量的環(huán)境數(shù)據(jù)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的傳感器值和旋轉(zhuǎn)角度。當(dāng)每個(gè)傳感器檢測(cè)到環(huán)境條件適合晾干衣物時(shí)，電機(jī)以指定的角度旋轉(zhuǎn)以延長(zhǎng)衣架。當(dāng)出現(xiàn)不合適晾曬衣服的天氣時(shí)，電動(dòng)機(jī)以事先設(shè)定好的路徑收回，但采集到的信息整合在一起，最近一直是陰雨天氣情況，則自動(dòng)開啟紫外線殺菌，保證衣物不會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的陰雨環(huán)境發(fā)霉長(zhǎng)菌。3.4.1按鍵初始化在這個(gè)系統(tǒng)中，按鍵的作用是通過(guò)按下按鍵改變單片機(jī)端口的電平高低，對(duì)單片機(jī)輸入信號(hào)，再通過(guò)單片機(jī)做出判斷和輸出信號(hào)至驅(qū)動(dòng)模塊中驅(qū)動(dòng)晾衣架展開或者收回，或者選擇自動(dòng)晾衣架的模式——手動(dòng)模式或者自動(dòng)模式。這里通過(guò)將單片機(jī)端口PA15和PC15設(shè)置成上拉輸入來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵的初始化。3.4.2LED二極管的初始化在本設(shè)計(jì)中LED指示燈的作用是指示此時(shí)的自動(dòng)晾衣架的模式是處于自動(dòng)模式或是手動(dòng)模式。自動(dòng)晾衣架開機(jī)時(shí)默認(rèn)處于手動(dòng)模式，LED二極管不亮，此時(shí)單片機(jī)引腳端的電平為高電平，而LED二極管具有單向?qū)щ娦裕梢园聪逻x擇模式的按鍵來(lái)將單片引腳的電平拉低來(lái)使LED二極管亮起。而要實(shí)現(xiàn)以上描述則需要使能PA,PD端口時(shí)鐘，改變指定管腳的映射。3.4.3定時(shí)器的初始化這里的定時(shí)器的作用是設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間，即是控制著自動(dòng)晾衣架展開和收回時(shí)，晾衣桿移動(dòng)的速度。當(dāng)滑臺(tái)的可滑動(dòng)距離一定時(shí)，控制時(shí)間即控制著滑臺(tái)滑動(dòng)的速度、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。這樣可以保證衣服可以被平穩(wěn)的收回，不致于在收回衣服時(shí)因晾衣桿的移動(dòng)速度過(guò)快而將衣服掉在地上弄張衣物。在本設(shè)計(jì)中使用的是定時(shí)器3——TIM3。3.4.4總體功能的實(shí)現(xiàn)總體功能也就是本設(shè)計(jì)中自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)需要的功能：擁有兩個(gè)模式——自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，在接上電源開機(jī)時(shí)，LED指示燈不亮，默認(rèn)處于手動(dòng)模式，通過(guò)按下開或關(guān)按鍵拉低單片機(jī)端口的電平以實(shí)現(xiàn)像單片機(jī)手動(dòng)輸入信號(hào)，控制自動(dòng)晾衣架的展開或收回；通過(guò)按下模式選擇按鍵可將模式切換成自動(dòng)模式，此時(shí)LED指示燈亮起（指示當(dāng)前處于自動(dòng)模式），光敏感應(yīng)模塊和液滴感應(yīng)模塊可根據(jù)感應(yīng)到外界的天氣變化——陽(yáng)光的光強(qiáng)、是否有雨，通過(guò)數(shù)字量輸出接口DO輸出高、低電平來(lái)向單片機(jī)傳遞信號(hào)，待單片機(jī)做出判斷發(fā)出將晾衣架展開或收回的指令。以下對(duì)本次設(shè)計(jì)中主程序的敘述。該設(shè)計(jì)的主函數(shù)文件中，用定義函數(shù)define來(lái)設(shè)置滑臺(tái)從一端移動(dòng)到另一端所需執(zhí)行循環(huán)次數(shù)。接下來(lái)是設(shè)定標(biāo)志——正反轉(zhuǎn)標(biāo)志、時(shí)間延時(shí)、默認(rèn)手動(dòng)模式等。在這里，“voidCheckKey(void)”用到了兩次，在第一次的使用中，初始化串口和與LED連接的硬件接口等，進(jìn)行一個(gè)復(fù)位（電機(jī)反轉(zhuǎn)）。在自動(dòng)模式下，led_mode=0即打開LED燈。此處使用了“ifelse”語(yǔ)句，利用條件判斷函數(shù)if來(lái)對(duì)傳感器模塊的輸出信號(hào)進(jìn)行判斷，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)；“if((ligh==1)||(yedi==0))”這是對(duì)光線暗或者有雨水進(jìn)行判斷，這種情況下驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)收回晾衣架。“else”即“((ligh==0)||(yedi==1))”，感應(yīng)模塊感應(yīng)到的外界環(huán)境是晴朗無(wú)雨，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正轉(zhuǎn)。同時(shí)在在第二個(gè)“voidCheckKey(void)”里也使用了多個(gè)“ifelse”語(yǔ)句。首先需要檢測(cè)3個(gè)按鍵是否按下，其次是檢測(cè)選擇模式的按鍵是否按下。若按下則setMode=0處于手動(dòng)模式，該模式下，需要再次檢測(cè)開和關(guān)的按鍵是否被按下以驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)。回到第二步，檢測(cè)模式選擇按鍵被按下，setMode=1處于自動(dòng)模式，為了自動(dòng)晾衣架的有序工作，需要防止重復(fù)檢測(cè)按鍵（開和關(guān)）rekey=0。而voidctrlBuJinDj(void)是電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)所需用到的主要函數(shù)。3.5本章小結(jié)本章主要介紹了基于STM32的自動(dòng)晾衣架的設(shè)計(jì)中所使用軟件代碼調(diào)試，程序與硬件之間的連接和語(yǔ)言選擇，最后進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)的要求。五邑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）系統(tǒng)