基于STM32的酒店床上用品智能晾晒系统的设计

何令辉

关键词：温湿度传感器；雨滴传感器；光电传感器；STM32

1 引言

传统的晾晒方法效率太低，已经满足不了酒店业对于床上用品的晾晒要求了，此外中国南方地区的天气多变，又会有回南天这种天气，经常需要及时晾晒和及时收纳，为了解决这一问题，需要一款基于环境感应的自动晾晒装置。本次设计的自动晾晒装置使用了光照强度传感器和湿度传感器来感知外界环境是否变化，当下雨时晾晒装置遮板张开，挡雨的同时实现声光报警，给人们警示，当光照强度变化的时候晾晒装置遮板也随之进行变化，光照适宜晾晒时进行旋转晾晒；根据外界环境的变化，如光照强度、湿度等因素，利用单片机设计对应的控制系统[1]，完成晾晒装置的自动控制，设计出相应的机械结构，搭建实物，根据时间变化自动调整晾晒装置的旋转角度，使衣架的受照方向随时间的变化而变化，根据光照强度的变化，改变遮挡装置的张角，根据湿度的变化对衣服进行防雨保护并实现声光报警。

如果在户外安装晾晒杆，虽然解决了阳光照射问题，但是万一突然下雨的话，如织物不能及时收回就会被雨水淋湿。由于传统的织物晾晒方式造成的不便，便出现了酒店床上用品智能晾晒架。在我国，“晾晒架”可根据产品设计类型分为两种，一种是“升降晾晒装置”或所谓的“电动晾晒装置”，电动（智能）是发展趋势；另一种是“地面晾晒装置”，主要有翼型、X型、单杆、双杆等多种型号。它们由不锈钢管或喷管和塑料连接件组成。但是这些晾晒装置的出现也没能完全解决传统晾衣方式出现的问题，人们期望着一种更方便更美观的新型晾晒装置的出现[1-2]。

鉴于目前晾晒工具的发展状况，本设计开发一种酒店床上用品智能晾晒系统，可以有效地解决传统晾晒工具存在的问题。本酒店床上用品智能晾晒系统的主要特点如下：伸缩式收晾织物，操作简单，有手动和自动模式，可阳光跟随，安装于户外或楼顶，有占用空间小的优点。当系统切换到自动模式时，晾晒装置能根据天气情况，自动完成收晾衣服及阳光跟随功能。酒店床上用品智能晾晒系统可有效防止突然下雨时织物被雨水淋湿；或者在傍晚时，衣架可以自动收回，以避免衣服停留在外面，而且還能根据阳光照射方向实现阳光跟随功能，能给织物充足的阳光照射，有效地提高阳光利用率。

2 晾晒系统总体设计方案

本系统采用ST（意大利半导体公司）STM32F407 系列的微控制器作为主控芯片。外围电路有雨滴传感电路、温湿度传感器电路、步进电机驱动电路，GSM 模块电路以及光敏传感电路，实现收晾衣服的智能功能。总体设计框图如图1所示。

酒店床上用品智能晾晒系统组成概述：

该酒店床上用品智能晾晒架还可以安装在阳台天花板上，可有效利用空间。同时，系统通过温湿度传感器和雨水传感器电路以及光敏电路等检测电路自动测量当前环境的温度、湿度、雨量、光强，并在OLED液晶显示屏上显示出来。根据当前的天气情况和光线的强度确定衣架是否收回以及根据太阳光的照射方向对晾衣杆的角度进行调整。

如果下雨或者天黑时[3]，传感器将信号发送到MCU进行处理，然后控制步进电机带动机械部分做出相应的动作。同时，将信号发送到用户手机上，提醒用户及时收纳。

（1） 该系统的控制核心采用STM32系列单片机，STM32系列单片机是一个功能强大而体积小巧的小型计算机系统。在智能开发领域，只要是我们想得到的，它都可以派得上用场。单片机自产出以来，经过不断的优化和改进，优点也越来越突出，如极高的性价比（高性能、价格低）、体积小、可靠性高、控制功能强、使用方便、容易产品化、使用领域宽广等。通过用酒店床上用品智能晾晒系统，就可以充分利用它的具有丰富的输入/输出口、处理运算快、编程简单和控制能力强等特点，同时运用单片机内部的RAM和ROM，这样设计功能强，实用性强，同时拓展性强、操作简易、系统灵活。基本上可以实现设计所需要求[4-5]。

（2） 系统检测部分由DHT11温湿度模块和YL-83 雨滴传感模块以及光敏电阻组成的光检测电路组成。YL-83雨滴传感器主要用于检测雨水和降雨量，并将其转换为数字信号和AO输出，广泛用于汽车自动雨刷系统，智能照明系统和智能天窗系统。

（3） 系统的动力部分采用42BYG二相系列步进电机以及由马达驱动芯片TB6600 组成的驱动电路。TB6600驱动芯片具有控制原理简单、接线方便等优点。同时，为了便于系统的显示，系统采用0.96 寸OLED液晶显示屏来进行实时显示[6]。

3 系统设计

本系统软件部分的设计采用结构化和模块化设计方法，软件框图如图2 所示[7]，晾晒系统具体程序略。

本系统的核心控制器采用STM32F407微控制器，具有性价比高、编程简单、可调用内部的库函数，可靠性高，功能多等特点。控制系统组成如图3所示。

系统自动收集雨滴传感器和光电传感器的数据，当天气晴朗时，步进电机正转伸出晾衣杆。系统自动检测各方向的光电传感器信号并传送到MCU处理并计算出太阳光最强的方向，然后控制旋转步进电机的正转与反转[8-9]，同时，通过GSM模块发送短信到用户。当下雨或夜间时，MUC根据雨滴传感器和光传感器检测到的信号，控制步进电机准备反转，同时收集各个方向光电传感器的数据，控制织物晾衣杆返回初始垂直位置，并在确认衣架垂直放置后，步进电机反转，将衣架收回，并通过GSM模块发送短信到用户[10]。

4 硬件设计

方案主要包括主控芯片的选型以及检测电路的具体设计。主要是微控制器的选型以及温度传感器、湿度传感器、光敏电路、步进电机驱动电路的设计，根据系统各部分的功能要求，对硬件部分电路板进行具体设计[11]。

系统由STM32F407开发板作为控制器，由于不同模块需要的驱动电压不同，比如STM32F407微控制器、雨滴传感器模块以及温湿度传感器模块需使用+5V电压驱动，而OLED 液晶屏电路则需+3.3V电压驱动。硬件电路整体用开关电源直接用5V直流电来给开发板供电，通过开发板引出3.3V电压给+3.3V 的电路模块进行供电[12]。

光电传感器、雨滴传感器、温湿度传感器采集电路经过LM358电压跟随器输出后的信号接到微控制器的A/D转换接口PD11、PD12进行数据处理，温湿度传感器采集电路的输出端口接到数据接口PA12。

微控制器的PB10、PB11 口接OLED 用于输出显示。

单片机是一种集成电路芯片，具有很多显著的优点，随着控制技术的不断发展和完善，它的处理速度也变得极快，使得单片机在各个领域都得到广泛的应用。

本次设计选择使用的是STM32。首先考虑的是STM32F407，STM32属于一个微型控制器，自带各种常用通信接口，功能非常强大。它具有串口-USART，可应用于跟串口接口的设备通信，比如USB口转串口模块、ESP8266WIFI、GSP模块、GSM模块、串口屏和指纹识别模块等；内部集成电路-I2C，可用于跟I2C接口的设备通信，比如EEPROM、电容屏、陀螺仪MPU6050和0.96寸OLED模块；串口通信接口-SPI，可用于跟SPI接口的各种设备通信，比如串口FLASH、以太网W5500和音频模块VS1053。所以最终经过各方面的筛选和对面，我选择了STM32F103RCT6这款单片机[13-14]。

DHT11温湿度传感器模块是由一个电容式传感元件和一个连接到高性能8位微控制器的高精度溫度测量元件组成。因此，该产品具有品质优良，功耗低以及超长的信号传输距离使其成为应用环境苛刻的最佳选择。该产品连接线简单，为单总线接口。

YL-83雨滴传感器模块采用优质FR-04双面材料，其雨滴检测面积可达20平方厘米，表面经镀镍处理，具有优异的抗氧化性、导电性和寿命性能。其接线方式比较简单，使用起来也方便。

光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测传感器，光敏电阻的电阻随光的照射强度而变化。当光照越强，光敏电阻的电阻值越小；反之，电阻就会很大。光敏表面制成弯曲的蛇形，并且电极形成梳子形状，因为它可以确保大的光接收表面并减小电极之间的距离，由此，可以减少电极之间的电子传输时间。

在本系统中，光敏电阻的光敏特性用于检测光的强度，通过检测光的强度来判断白天和夜晚。同时，它可以帮助温度和湿度传感器检测阴天和晴天。输出端的电压相应变小，将输出的模拟量电压直接传给MCU的ADC输入通道口，经过MCU内部的数模转换器得到相应的数字量。本系统采用六个光电传感器实时检测各个方向的光照强度，然后对光照强度值进行计算处理用来控制旋转步进电机的正反转，实现阳光跟随功能。

液晶显示电路：该系统采用0.96寸彩色OLED作为显示单元，OLED屏幕驱动芯片为SSD1306。它的接口类型为SPI接口，最少4个I/ O口就可使用，其工作电压为3 V～5.5 V，显示分辨率为128×128。大家用得最多的就是LCD1602或者LCD12864，由于OLED彩屏有单独的驱动芯片，与其他的点阵液晶屏相比，它显示画面的能力也相对更加优越。OLED液晶屏的引脚与STM32F407芯片的驱动电压为3.3V，用来对当前环境的温度、湿度、手动/自动模式等进行实时显示[15]。

步进电机及其驱动电路：本系统采用的步进电机型号为广州市科达步进电机技术有限公司的42BYGH34-401A插线式二相步进电机及由马达驱动芯片TB6600组成的驱动器，该步进电机型号参数如表1。该产品的特点有输出力矩大，采用进口高品质的步进电机钢片、自感电抗小、响应性好。

TB6600是一款DC双向马达全桥驱动电路。其引脚功能和输入输出真值表分别如表2和表3所示。

5 结束语

酒店床上用品智能晾晒系统是一种十分实用的设计，其目的是运用智能化技术解决传统晾晒方式所存在的问题，让人们晾晒酒店床上用品时更加科学高效，在不远的将来，酒店床上用品智能晾晒系统将会以更加智能化、集成化的方式出现，具有广阔的发展前景。