基于單片機的智能追光晾衣架的設計與仿真

郝國勇 趙麗芝

【摘? 要】 在生活中，人們經常發現這種現象：早上上班前晾曬的衣物，下午下班后回家仍然沒有干爽。尤其是在城市高樓中，由于樓房朝向和樓間距的設置，導致一天中陽臺能夠照射到太陽的位置不一樣，傳統的晾衣竿只能固定在一個地方，這就使衣服獲得晾曬的時間大幅地縮短。為解決這一問題，該設計使用傳統的STC89C52單片機作為整個系統的控制核心，采用太陽跟蹤技術，利用光強比較法，通過光照強度的變化，來控制上下兩軸步進電機轉動，帶動晾衣架進行上下左右移動，一直到光照強度一致時停止，實現晾衣架追光的目的，從而保證衣物有充足的晾曬時間。

【關鍵詞】 單片機；智能追光；晾衣架

一、智能追光晾衣架的整體設計方案

智能追光晾衣架采用STC89C52為控制核心，由雨滴采集電路、光照采集電路、人機界面電路、電機驅動電路等部分組成。通過采集雨滴信息和晾衣架前后左右四個方向光照值，通過單片機控制電機每隔0.5小時驅動電機將晾衣架進行前后左右移動，使晾衣架實現智能追光晾衣服的效果，同時通過操作人機界面，還可以實現手動、自動的調節，以及對電機的轉速進行調節。

二、智能追光晾衣架的硬件電路設計

系統硬件電路主要包含單片機、光照采集及信號處理電路、人機界面電路、電機驅動電路，藍牙模塊控制電路等，如圖1所示。

（二）智能追光晾衣架各單元電路設計

1. 光照數據采集及信號處理電路

光照數據采集及信號處理電路采用4路光敏電阻采集光強數據，工程安裝時裝在智能追光晾衣架外側的四個邊，用于采集晾衣架四周的光照強度，采集的信號經PCF8591的AIN0-AIN3四路模擬輸入口送給PCF8591，PCF8591內部采用逐次逼近的方法分別對四路模擬的光照數據進行A/D轉換，并將A/D轉換以后的數據分別以ADC0_F、ADC1_B、ADC2_L、ADC3_R四組數據從PCF8591的SDL和SDA引腳送給89C52單片機的P1口的P1.0和P1.1。

2. 電機驅動電路

電機驅動電路采用ULN2803控制兩臺步進電機MOTO1和MOTO2，ULN2803的輸入引腳1B-8B（PIN1-PIN8）按順序分別接89C52單片機P2口的P2.0至P2.7，MOTO1和MOTO2選用4相步進電機。MOTO1用于控制智能追光晾衣架進行前后移動，按照順時針方向分別和ULN2803的輸出引腳1C-4C（PIN18-PIN15）連接，MOTO2用于控制智能追光晾衣架進行左右移動，按照順時針方向分別和ULN2803的輸出引腳5C-8C（PIN14-PIN11）連接。通過對比光照數據，89C52單片機從P2口輸出高低電平，控制MOTO1和MOTO2按要求進行正轉和反轉，從而帶動晾衣架進行前后左右移動，以實現追光效果。

3. 人機界面電路

人機界面電路主要由6個操作按鍵組成，按鍵功能如表1所示。

4. 雨滴檢測電路

雨滴檢測電路采用FC-37傳感器，FC-37雨滴傳感器包含收集雨滴的電路板和以LM393比較器為核心的雨滴信號處理電路板，有兩個信號輸出引腳DO和AO，分別接89C52單片機P3口的P3.0和P3.1，DO用于檢測是否有雨，AO用于檢測雨量大小。當未檢測到雨滴時，FC-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出高電平，LED指示燈D4不亮；當檢測到有雨滴時，FC-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出低電平，LED指示燈D4亮，RV2用于調節FC-37雨滴傳感器的靈敏度。

三、智能追光晾衣架的軟件設計

（一）主程序軟件設計

智能追光晾衣架的軟件設計流程圖如圖2所示，主程序中先對單片機進行上電復位操作，使單片機初始化，然后開始檢測和控制工作，過程如下：

1. 上電復位：單片機將所有的I/O口以及電機復原到初始狀態。

2. 天氣監測，如果有雨，FC-37雨滴傳感器信號處理電路板DO輸出低電平，89C52單片機P3口的P3.0引腳接收到低電平，控制電機進行行程歸零復位，同時89C52單片機P3口的P3.1引腳根據接收到的AO的值判斷雨量的大小，控制電機的轉速，進而控制智能追光晾衣架的回收速度，以避免衣服被淋濕，如果沒雨，繼續下一步驟。

3. 檢測白天還是晚上，如果是白天繼續執行下面的動作，如果是晚上控制電機進行行程歸零復位，不執行后續動作。

4. 檢測控制方式，如是手動控制方式，按照手動控制模式繼續執行后續動作，如果是自動控制模式，按照自動控制模式繼續執行后續動作，系統默認為自動控制模式。

（二）手動控制方式軟件設計

89C52單片機P3口的P3.3引腳偵測到S2按一下，程序轉入手動控制模式，89C52單片機點亮LED燈D1，并繼續通過P3口的P3.3、P3.4、P3.5、P3.6引腳繼續檢測S3、S4、S5、S6的觸發情況。當偵測到S3被按下時控制MOTO1正轉，帶動智能追光晾衣架向前移動，當偵測到S4被按下時控制MOTO1反轉，帶動智能追光晾衣架向后移動，當偵測到S5被按下時控制MOTO2正轉，帶動智能追光晾衣架向左移動，當偵測到S6被按下時控制MOTO2反轉，帶動智能追光晾衣架向右移動。

（三）自動控制方式的軟件設計

89C52單片機P3口的P3.3引腳偵測到S2按兩下，程序轉入自動控制模式，89C52單片機每隔0.5小時采集和檢測當前晾衣架四邊的光照值，單片機將接收到光照值數據包ADC0_F、ADC1_B、ADC2_L、ADC3_R進行比較，根據比較結果來控制執行電動機做出相應的響應，例如，ADC2_L系統設定的閾值時，89C52單片機輸出數組｛0x80，0x40，0x20，0x10｝來控制P2口的P2.4-P2.7腳的高低電平，從而通過ULN2803控制MOTO2向右移動。

（四）電動機轉速

當需要對當前的電動機轉速進行調節時，單片機首先檢測速度調節按鈕S1是否按下，如果檢測到按下，則再進一步檢測S3、S4、S5、S6的觸發情況，然后根據觸發情況來調節MOTO1或MOTO2的轉速。例如，當偵測到S3按下時，89C52單片機繼續偵測當前MOTO1的轉速是否為最高速，如果是則返回，如果不是，將通過增大輸出信號的占空比來提高MOTO1的轉速。

四、智能追光晾衣架的仿真測試

仿真測試采用PROTEUS軟件，如圖3所示，在自動模式下，89C52單片機根據采集光照參數，在PCF8591和ULN2803的共同作用下控制MOTO1和MOTO2實現正反轉。

五、結語

文章講述的是采用89C52單片機、PCF8591和UL? N2803制作的一個智能追光晾衣架，實現了基本功能，是有一定的實用價值。同時還將繼續探究擴展其他功能，比如增加壓力傳感器實現超重報警；增加藍牙、紅外等無線控制方式，實現手機無線控制；以及設置Zigbee節點，加入已有的智能家居網絡，實現聯網控制等等。

參考文獻：

［1］ 張瑋偉. 一種智能晾衣架的設計與實現［J］. 電子技術，2022，51（05）：210-211.

［2］ 趙雪章，曾紹穩，喬海曄. 單片機及接口技術［M］. 北京：電子工業出版社，2020.

［3］ 劉雪楓，朱兆優，周程. 基于15單片機的步進電機驅動平臺通用系統設計［J］. 科技廣場，2014（03）：65-68.