基于STM32单片机的智能晾晒系统

张玉恒,崔世芳,马凯荣,赵好奇

(安徽三联学院,安徽 合肥 230601)

0 引言

随着科技的飞速发展,智能家居的概念深入人心,人们对家庭生活品质和便捷性的追求有了更高的要求。其中,智能晾晒作为智能家居的一个重要应用场景,正逐渐受到人们的关注。它的出现旨在解决传统晾晒所面临的各种问题,如占用空间、晾衣时间过长以及在晾晒衣物时遭遇突然降水不能及时收回等。通过智能化的控制和调节,智能晾晒使得晾晒过程更加自动化、智能化,为人们带来前所未有的便利体验。

1 系统整体设计思路

尽管众多大型厂商纷纷涉足智能晾晒领域,然而其产品大多以半智能化为主,仍需用户借助电路按键等方式操控衣物升降。鉴于此,本文提出一种全新的智能晾晒装置,以STM32单片机为核心,集成雨滴传感器、光照传感器、风力传感器以及LCD显示模块等,能感知并适应环境变化,实现自动控制和远程监测等功能。单片机作为该装置的核心,通过各种传感器实时监测室外的温度、湿度和光照强度,并根据预设的系统程序进行判断,以实现预设目标。在自动控制模式下,传感器负责监测外界环境变化,并将数据传输给单片机进行处理。当单片机完成数据处理后[1],会向电机发出指令,控制晾晒装置的晾晒或回收操作。通过这一装置,用户可以更加便捷地管理晾晒过程,提高晾晒效率,同时,避免因天气变化而导致的晾晒困扰。

2 系统组成概述

智能晾晒装置具备环境感知能力,主要依靠不同类型的传感器来监测周围环境的各项指标,例如风速、光照、雨滴和湿度等。这些传感器在智能晾晒装置上扮演着“感知器官”的角色,随时捕捉周围环境的变化[2]。

智能晾晒装置会将收集的各类数据,如光照、雨滴和温湿度等信息,传递给内置的控制器进行综合分析。控制器好比一个聪明的“大脑”,可以判断当前的环境条件,并且根据这些条件做出相应的决策。

基于控制器对数据的综合分析结果,智能晾晒装置通过联动装置来控制晾晒板的收缩。这个联动装置像一双“灵巧的手”,根据控制器的指令来执行晾晒板的收缩动作。

在软件逻辑层面,控制器根据传感器采集的数据进行综合判断,并生成相应的控制指令,这个控制指令会传递给联动装置,以实现对晾晒板的精确控制。通过这种方式,该装置能够根据周围环境的变化做出智能化的响应,从而确保晾晒过程的安全和高效。

2.1 雨滴检测模块电路设计

晾晒装置巧妙地运用了雨滴传感器来监测外部环境的变化,确保在紧急情况下能够自动收回晾晒物品。通过雨滴传感器模块的DO输出[3],可以精确地控制晾晒装置的伸展与收缩。为了更准确地适应不同的环境条件,还可以通过调整信号放大电路上的电位器,来改变输出信号的灵敏度。当雨滴传感器检测到没有雨滴时,DO输出高电平,晾晒装置相应地自动伸展出去;当外界环境变得昏暗或湿度上升时,DO输出低电平,将这一信号传递给单片机进行识别。单片机在接收这些信息后,迅速做出判断,决定是否需要立即收回晾晒装置并停止工作,从而确保晾晒过程的安全与稳定。

2.2 光照检测模块电路设计

智能晾晒装置系统采用先进的光照传感器模块,该模块由光敏电阻与集成运算放大电路组成,能够精准地测量并反馈环境光照强度。当环境光照强度低于预设阈值时,光照传感器模块的DO端会输出低电平信号[3];一旦光照强度超过预设阈值,DO端则输出高电平信号。单片机通过实时监测DO端口电平信号的变化,可精准判断外界光照的强弱,从而智能地调控晾晒装置的工作状态。

2.3 显示电路

智能晾晒装置的显示电路由LCD显示屏、控制芯片及关联连接元件构成。其中,控制芯片作为显示电路的核心,负责接收来自各类传感器的数据,并根据预设程序对这些数据进行处理,最终输出相应的控制信号。这些控制信号将驱动LCD显示屏,展现当前的环境状态、晾晒进度等重要信息。LCD显示屏能够清晰呈现文字、数字及图像等内容,为智能晾晒装置提供了直观、便捷的交互界面,是装置中不可或缺的关键组件。

2.4 STM32F103C8T6单片机

STM32系列单片机是由ARM公司开发[3]、基于ARM Cortex-M内核、功能十分强大的32位微控制器。其中,STM32F103C8T6是STM32系列中的一个特定型号,同样基于ARM Cortex-M内核。它的程序存储器容量为64 KB,电压工作范围是2V～3.6 V,工作温度范围为-40℃～85℃。这款单片机具有多种外设,包括直接内存访问(Direct Memory Access,DMA)、电机控制脉宽调制、温度传感器等,同时具有8种通用型之输入输出(General-Purpose Input/Output, GPIO)模式可以选择。在最小系统中,STM32F103C8T6的单片机本体、外部复位电路和外部时钟电路组成了整个系统的基础架构。

2.5 复位电路

当电源开始供应电流时,电流通过如图1所示的R19和C20流到地端,为C20这个“能量仓库”充电。在这个过程中,NRST引脚会暂时处于低电平状态。

图1 复位电路

随着时间的推移,当C20电池充满电时,它就像一个断路开关,切断NRST引脚与地端的连接。这时,NRST引脚就由低电平状态转变为高电平状态。这个高电平信号就像是给单片机发送了一个“起床指令”,当单片机接收这个指令后,把备份区域寄存器以外的所有寄存器状态恢复到初始状态,重新开始工作。综上所述,这个复位电路就像一个智能的“开关”,能够控制单片机的启动和复位,保证单片机能够正常工作。

2.6 系统时钟电路

STM32单片机利用由1个石英晶体振荡器Y1及2个22 pF电容构成的振荡电路生成稳定且可靠的信号。这一振荡电路能够输出频率和振幅均保持恒定的正弦波形,从而为单片机提供精确且无误的触发信号。当单片机捕获到这一脉冲信号时,它将按照预设的程序指令执行一次或多次操作。

3 智能晾晒系统软件设计

本系统采用C语言进行编程,主要运用if和while等逻辑判断语句来实现复杂的功能控制。当用户在显示屏上触发按键时[4],系统将生成即时信号,被相关模块接收并执行预设功能。同时,为了确保晾晒装置能够精准地停留在指定位置,系统特别配备了限位开关。一旦限位开关检测到装置已到达目标位置并闭合,晾晒装置将立即停止转动,从而确保整个系统的稳定与可靠运行。具体程序流程如图2所示。

图2 智能晾晒系统设计流程

结合流程图具体描述工作原理如下:在手动操作模式下,Y1和Y2分别担任晾晒装置的展开与收回控制开关,用户可根据需求,通过按下Y1使晾晒装置向外伸展或按下Y2使晾晒装置收回;若用户希望将系统切换至自动模式,只需按下Y3即可;在自动模式下,晾晒装置将根据外部环境条件,如光线明暗与湿度高低,自动伸展或收回的操作,对于那些无法时刻关注晾晒装置工作状态的用户,自动模式尤为实用,当外界环境变得昏暗或湿度上升时,晾晒装置将自动收回,并在触碰限位开关后停止工作[5-6],以确保晾晒过程的安全与高效。

4 结语

智能晾晒系统以其高效且优质的晾晒能力,显著提升了传统晾晒方式的效率与质量,为用户的生活带来了前所未有的便捷与舒适体验。本文创新性地以STM32F103C8T6单片机为核心,设计了一款智能化的晾晒系统。该系统能够智能感知外部环境的变化,自动调控晾晒板的伸缩,实现了室外衣物的智能化晾晒,为用户提供了更为便捷、智能的晾晒新体验。