自动晾衣架控制系统设计与实现

程昭顺　卢涵宇

摘要：随着我国物联网技术飞快速发展和人民生活水平的逐步提高，智能家居生活越来越杯重视。该文基单片机STC15L2K60S2作为主控芯片设计开发了一种自动晾衣架控制系统。可以方便地控制晾衣架的智能升降，超重报警、雨天自动收起等功能，操作方面，经济实用。

关键词：晾衣架STC；自动；升降；单片机

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）18-0083-03

随着物联网、无线通信技术的快速发展，智能家具走人寻常百姓家，自动晾衣架是智能生活中的一个最为普遍使用的生活用品。

本文设计一个自动晾衣架控制系统，选用单片机中的STC 15F2K60S2作为核心元器件。利用压感技术检测所挂衣物的重量，利用无源蜂鸣器来提醒所挂衣物超重的情况。并且设计一个光传感器来控制晾晒的时间，其晾晒时间是依据阳光照射强度来智能调控的。

1整体系统电路设计

在设计中，利用单片机STC15L2K60S2作为主控芯片来控制晾衣架的智能升降。工作原理为光敏电阻将采集到的可见光转化为可以被单片机使用的电信号，单片机通过智能运算处理来控制步进电机，实现升降功能、超重自动报警等功能。

系统原理框图如图1所示，设计电路系统是以STC15L2K60S2单片机最小系统为核心芯片，当接通电源之后，LED灯管作为指示灯亮，挂上衣物后，智能判断是否超重，由蜂鸣器是否报警来判断是否关闭步进电机，若无超重会指示光传感器判断光照强度是否合适，进一步通过单片机来控制智能晾衣架是否正常晾晒，正常晾晒情况根据光照强度，估算并定时，时间满足则停止晾晒。

2硬件设计

根据系统功能需求，硬件部分设计总有8个模块，分别有电源电路、步进电路、蜂鸣器报警电路、光强检测电路、压感电路、温湿度传感器电路、按键控制电路和显示电路。

2.1电源电路

设计中采用AMS1117作为这次设计的稳压元器件，采用5V电压为剩下的LED、按键模块、蜂鸣器、光传感器模块供电。

2.2步机电路

本设计使用的是步进电机选用高耐压、大电流复合晶体管IC-ULN2003，ULN2003作为驱动芯片接人除5引脚之外的其余引脚，用来处理运转信号并传给步进电机。而剩下的5引脚是留出来接供应电的。并且选用值为10uF的电容充当阻挡干扰的元器件，一旦光强检测电路正常工作并对光照采集完毕之后，就可以通过软件工作達到定时的功能。

在此次设计电路中，通过驱动芯片ULN2003L直接与单片机的P2.3-P2.6相连的办法来控制其引脚的电压变化，进而控制其步进电机的正转和反转，或者直接控制开关按钮来控制其步进电机的正转和反转。

2.3蜂鸣器报警电路

设计选用无源蜂鸣器作为蜂鸣器报警电路的元器件。而由于在此次设计中是用直流电直接供能的，所以还得依靠单片机输出脉冲来提供振荡电路用以驱动蜂鸣器。

2.4光强检测电路

设计的光强检测电路中，光传感元器件GND引脚和ADD引脚接地，VCC引脚接5伏电源供能，SDA引脚接C总线的数据信号，SCL引脚接C总线的时钟信号，当光线照射在元器件上时光传感器开始工作，通过光敏电阻将光照强度影响的电压或电流变化转换成一定的数据信号发送给系统主机，进而达到系统核心部分对步进机元器件的控制效果。

2.5温湿度传感器电路

设计选用DHT11数字温湿度传感器采用的是单线制串行接口，进而让体系集成变成简易快捷，具备非常高的可靠性能与长时间的稳定性能，传感器中包含一个电阻式的感湿元器件与一个NTC的测温元器件，然后和具备一个高能效8位单片机相连接，所以这个产品本身具有优秀的品质、非常快速的响应、抗干扰能力强、超高的性价比等优点。

2.6压感电路

压力感应技术的工作原理就是通过添加一个定值电压在电阻外膜上，当不受外力时电阻不通电，电压值为零，不产生定位信息。而当有外力作用在电阻膜上的某一处时，电阻膜有电流通过，定位信息产生。此次设计只需利用压力改变阻值变换的性质来设计电路。

2.7按键控制电路

如图2所示，利用五个控制开关来控制电路，S1控制开关能够同时做正转和反转电路控制。$2-$5控制开关都是独立连接的，当其中某一个控制开关按键被按下时，在输入线上通过检测其电平变化就能够确认到是哪个开关控制的。

2.8显示电路

设计选用无源蜂鸣器作为蜂鸣器报警电路的元器件。而由于在此次设计中是用直流电直接供能的，所以还得依靠单片机输出脉冲来提供振荡电路用以驱动蜂鸣器。考虑到兼容性问题，此次设计使用总线式接口电路方式，将数据存储功能介入到显示器内部，显示器需要显示的内容直接从其本身存储器中提取出来，为后期的功能扩展和系统升级带来了便利。

3系统仿真和实现

3.1系统软件测试

本次设计我们选取Keil编译器来进行简单仿真，Keil编译器开发软件是一款由Keil公司设计开发的，Keil编译器包括以下几个组成部分。

1）uVision2：该环境作为一个集成开发环境，其中集成了项目管理、源代码编译和程序调试灯等功能，适合各类单片机仿真。

21 C51交叉编译器：编译C源代码自动生成能再定位的指定目标文件。

3）A51宏汇编器：汇编MCS-51程序代码生成能再定位的目标文件。

5）LIB51库管理器：合并目标文件，自动生成库文件供连接器使用。

61 OH51目标文件至HEX格式转换器：从绝对目标文件创建Intel HEX格式的文件。

7）RXT-51实时操作系统（Real-Time Operating System，RTOS）：将对时间相对敏感等复杂情况进行适当简化

3.2调试原则

软件调试部分基于实物使用Keil编译器来进行简单仿真，调试中主要针对压感是否超重部分，定时部分以及按键控制部分，检测是否存在理想问题。

1）明确课题背景和研究目的，寻出可能会出现的问题，提早寻出克服方法。

2）理清设计思路，规划软件设计总体框架。

3）使用Keil编译器编译单片机源程序：保证资源分配，功能实现，注意程序语句不能过于繁琐，为了方便后期寻出问题，源程序中标注段落注释，明确各功能程序模块。

4）程序调试，改正，程序优化。

如图3所示，对整体系统测试框图进行设计，重点对超重检测、定时检测、手动控制部分进行单独设计的和测试。

3.3雨天收衣电路的仿真

如图4所示，下雨时湿度传感器得到信号，J1闭合，发送U2传送出一个低电平，然后经过A1（555集成电路）单稳态来触发电路工作，接着传送出一个高电平，让继电机元器件J2获得电流，进而能够控制其电机的正转工作，最终晾衣架得以收回，在仿真图中，R4的作用是调节定时的时间，当过了定时的时间T=1.1R4C1后，灯泡熄灭停止工作，系统实现收衣这个动作，电路又恢复正常的状态。

4结论

贵州省委、省政府大力发展大数据产业，智能家居也正快速发展，智能晾衣架也正走入千家万户，本文基于单片机设计了一种晾衣架自动控制系统，实现了控制晾衣架的智能升降和超重自动报警等功能，系统可操作性强，经济实用。endprint