基于STC89C52RC單片機的智能晾衣架設計與制作

王法杰

(西安航空職業(yè)技術(shù)學院 電子工程學院， 西安 710089)

0 引言

隨著智能家居的快速發(fā)展與廣泛應用，對晾衣架的智能化也提出了更高的要求。基于單片機的智能晾衣架系統(tǒng)有手動和自動兩種模式，手動模式與傳統(tǒng)晾衣架功能一樣，自動模式能自動識別白天和夜晚，雨天與晴天，使衣物在干燥晴天得到晾曬，夜晚或陰雨天自動收回，也可在一定距離范圍內(nèi)通過遙控來控制晾衣架伸縮，通過限位開關(guān)將晾衣架的伸縮控制在合理的范圍之內(nèi)[1]。該晾衣架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，功能豐富，可以滿足不同用戶的需求，具有一定的推廣使用價值。

1 硬件原理框圖設計

智能晾衣架設計采用STC89C52RC為主控芯片，利用光敏電阻檢測光照強度，利用溫濕度傳感器檢測環(huán)境的濕度，超過閾值則晾衣架的電機進行動作實現(xiàn)晾衣架的智能化，濕度的測量值可通過兩位一體共陰極數(shù)碼管進行顯示，直觀方便，同時，通過遙控器按鍵也可控制晾衣架動作。用紅黃藍三種顏色LED小燈指示晾衣架的工作狀態(tài)，紅燈用于工作模式選擇指示，紅燈滅時，表示手動遙控模式，通過遙控按鍵控制晾衣架的伸縮功能；紅燈亮時，表示自動模式，當濕度大于80%RH或者光敏電阻檢測到是夜晚時，黃燈亮，電機反轉(zhuǎn)，執(zhí)行晾衣架收回功能，當藍燈亮時，說明濕度小于80%RH并且光敏電阻檢測到是白天，電機正轉(zhuǎn)執(zhí)行晾衣架伸出功能[2]。通過模式選擇開關(guān)按鍵進行模式切換，模式切換或者按下伸縮限位開關(guān)時，蜂鳴器報警提示，其原理框圖如圖1所示。

圖1 智能晾衣架原理框圖

2 軟件編程

2.1 濕度檢測模塊設計

濕度檢測模塊主要采用溫濕度傳感器DHT11來檢測，其濕度量程為20%-90%RH， 溫濕度傳感器2腳是輸出引腳，接5 K上拉電阻，與單片機P2.0相連接，定義為“sbit DATA=P2^0;”。由于用光敏電阻對光照進行檢測，所以溫濕度傳感器主要用其濕度控制功能。DHT11采用單總線方式，即數(shù)據(jù)的讀寫都占用同一根總線，所以編寫操作程序都必須嚴格按照時序進行，即單片機發(fā)送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機開始信號結(jié)束后，DHT11發(fā)送響應信號，送出40 bit數(shù)據(jù)，高位在先，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式為“8 bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8 bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8 bit溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8 bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8 bit校驗和”[3]，由DHT11時序得知，主機先發(fā)送復位信號給從機，主機拉低總線至少18 ms，通過執(zhí)行語句“DATA=0;delay_ms(20);”拉低20 ms，然后再拉高總線，由上拉電阻拉高延時20 us-40 us，程序編寫可取中間值30 us(“DATA=1;delay_us(30);”),主機發(fā)送完復位信號，DHT11發(fā)送響應信號，檢測到復位信號后，觸發(fā)一次采樣，并拉低總線80 us表示響應信號，通知主機數(shù)據(jù)已準備好，如果有低電平響應，則接著判斷從機DHT11是否拉高總線80 us，如果拉高80 us，之后開始傳輸數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)[4]。為了防止中斷干擾總線時序，操作前先關(guān)總中斷(“EA=0”)，操作完畢再打開(“EA=1”)。DHT11進行溫濕度數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖2所示：

判斷DHT11響應的主要代碼如下：

if(!DATA) //判斷從機是否有低電平響應

{ U8FLAG=2;

while((!DATA)&&U8FLAG++);//等待DHT11拉低總線80US

U8FLAG=2;

while((DATA)&&U8FLAG++);//等待DHT11釋放總線80US

COM();//讀濕度函數(shù)

U8RH_data_H_temp=U8comdata;//濕度整數(shù)部分COM();

U8RH_data_L_temp=U8comdata;//濕度小數(shù)部分COM();

U8T_data_H_temp=U8comdata;//溫度整數(shù)部分COM();

U8T_data_L_temp=U8comdata;//溫度小數(shù)部分COM();

U8checkdata_temp=U8comdata;//校驗八位

DATA=1;

U8temp=(U8T_data_H_temp+U8T_data_L_temp+U8RH_data_H_temp+U8RH_data_L_temp);//數(shù)據(jù)校驗

圖2 DHT11溫濕度采集流程圖

如果數(shù)據(jù)校驗正確則有返回值(“return 1”)，否則DHT11傳感器不響應(“return 0”)。其中“COM”函數(shù)為濕度讀取函數(shù)，設計思路是，當50US低電平后，拉高總線，判斷高電平持續(xù)時間，如果是“26-28US”表示數(shù)據(jù)“0”，“70US”則為數(shù)據(jù)“1”，然后按照高位在先的順序傳送數(shù)據(jù)。

2.2 無線遙控模塊設計

數(shù)據(jù)發(fā)射時，按鍵分別和SC2262-IR的數(shù)據(jù)端11腳、12腳和13腳連接，實現(xiàn)模式切換、晾衣架伸出和收縮功能。

數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用315M無線發(fā)射板，按鍵按下，SC2262-IR編碼芯片的17腳和發(fā)送模塊315M的3腳相連，通過315M模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，SC2272-m4和315M無線接收模塊組合電路將接收到信號進行解碼，解碼的數(shù)據(jù)通過SC2272-m4的11腳、12腳和13腳輸出，再經(jīng)過三極管反相后送到單片機P1.1、P1.2和P1.3端口，單片機處理后從P3.0和P3.5輸出控制繼電器的吸合與關(guān)斷，從而控制電機轉(zhuǎn)動方向。在仿真圖里直接用按鍵開關(guān)接到單片機的相應端口[5]。P1.1是進行自動手動模式切換功能，當該位位“0”時，說明切換模式已選擇，同時設置切換標志位(“change_flag”)，當切換標志位為“1”時，執(zhí)行手動模式選擇，即無線遙控操作，當切換標志位為“0”時，切換到自動模式。遙控模式時，進一步判斷伸出按鍵是否按下，當伸出按鍵按下并且沒有按下伸出限位開關(guān)時，晾衣架伸出，同時，單片機的P3.0輸出為低電平，經(jīng)與三極管Q1相連的繼電器吸合，電機正轉(zhuǎn)，伸出指示燈(P1.5)點亮，再按一次則停止伸出，伸出指示燈熄滅，操作完成后通過語句“while(!in_go);”釋放伸出按鍵開關(guān)[6]。主要代碼如下：

else if(change_flag==1)//手動模式選擇

{ if((in_go==0)&&(limit_go==1))//伸出按鍵是否按下

{ delay(50); //延時去抖

if((in_go==0)&&(limit_go==1))//再次判斷按鍵狀態(tài)

{ buzz=0;

delay(200); //按鍵音，蜂鳴器提示

buzz=1;

out_back=1; //禁止收回

out_go=～out_go; //按一下伸出，再按下，停止動作

led_back=1; //收回指示燈滅

led_go=out_go; //晾衣架伸出時，伸出指示燈亮

flag_shan1=0;}

while(!in_go);//釋放伸出按鍵}

同樣思路，可以編寫遙控按鍵收回、按下伸出限位開關(guān)和按下收回限位開關(guān)程序。

2.3 顯示模塊與主函數(shù)設計

程序編譯時從主函數(shù)開始執(zhí)行，主函數(shù)里設置開機默認為自動模式(“l(fā)ed_zhishi=0;”)，在程序開始定義為“sbit led_zhishi=P1^7;”，初始化定時器，在“while”語句里調(diào)用工作模式切換函數(shù)和數(shù)碼管顯示函數(shù)，用“if”語句判斷，當濕度轉(zhuǎn)換完成時，只讀取濕度的整數(shù)部分(“humidity = U8RH_data_H;”)，并且設定濕度閾值為80%RH，數(shù)碼管上只顯示數(shù)值[7]。

數(shù)碼管顯示函數(shù)主要實現(xiàn)對濕度整數(shù)部分進行個位和十位的顯示，個位顯示語句為“P0=table[humidity%10];”，十位顯示語句為“P0=table[humidity/10];”，通過P0口進行段選顯示。位選由P2.2和P2.1控制，P2.2接數(shù)碼管個位位選引腳，個位顯示時P2.2為低電平，P2.1接數(shù)碼管十位位選引腳，十位顯示時P2.1為低電平，由于動態(tài)顯示速度快，所以看上去是同時點亮。

3 電路仿真與實物制作

電路仿真時，為了形象直觀，用按鍵開關(guān)直接控制單片機來驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動。無線發(fā)送模塊的硬件連接部分如圖3所示。

圖3 無線發(fā)送模塊

發(fā)送模塊主要由SC2262-IR和315M發(fā)射模塊分組成，對應的接收模塊電路主要由SC2272-m4和315M接收模塊組成，接收到的信號由SC2272-m4的11，12和13引腳輸出經(jīng)三極管反相后送給單片機P1.1，P1.2和P1.3端口[8]。仿真圖如圖4所示。

圖4 智能晾衣架仿真電路圖

仿真部分直接用按鍵開關(guān)連接到了單片機的P1.1，P1.2和P1.3，省略了遙控部分，效果與實物制作一致，當前仿真圖顯示自動模式狀態(tài)，光敏電阻顯示為白天并且濕度小于閾值時(“if(light==1&&flag_HH==0)”)，其中，定義光敏電阻經(jīng)三極管輸出接單片機P1.0，聲明語句為“sbit light=P1^0;”，變量“flag_HH”在主函數(shù)設置濕度閾值時賦值，超過閾值置1，不超過閾值清零，圖中仿真為晾衣架伸出狀態(tài)，通過調(diào)整光敏電阻的滑動端和DHT11的調(diào)節(jié)按鍵可以仿真出不同天氣條件下晾衣架的工作狀態(tài)[9]。實物制作如圖5所示。

其中左邊為系統(tǒng)控制板，右邊為遙控電路，實物制作安裝了無線接收與發(fā)送模塊，可以實現(xiàn)遠距離控制，實用性更強，實物圖中當前狀態(tài)顯示超過閾值范圍黃燈亮，電機反轉(zhuǎn)，晾衣架收回功能[10]。

圖5 智能晾衣架實物制作

4 總結(jié)

基于STC89C52RC單片機的智能晾衣架，可以通過無線遙控控制晾衣架的伸縮，到一定程度按下限位開關(guān)時電機停轉(zhuǎn)，蜂鳴器報警，能夠自動根據(jù)環(huán)境的光線和周圍環(huán)境濕度調(diào)整電機轉(zhuǎn)動來控制晾衣架的伸縮，晾衣架伸縮時，或工作模式切換時，對應指示燈分別點亮指示[11]。經(jīng)仿真與實驗驗證，該智能晾衣架系統(tǒng)設計優(yōu)良、使用方便、功能豐富，具有一定的推廣和實用價值。