基于STM32單片機的智能晾曬系統(tǒng)

張玉恒,崔世芳,馬凱榮,趙好奇

(安徽三聯(lián)學院,安徽 合肥 230601)

0 引言

隨著科技的飛速發(fā)展,智能家居的概念深入人心,人們對家庭生活品質(zhì)和便捷性的追求有了更高的要求。其中,智能晾曬作為智能家居的一個重要應用場景,正逐漸受到人們的關注。它的出現(xiàn)旨在解決傳統(tǒng)晾曬所面臨的各種問題,如占用空間、晾衣時間過長以及在晾曬衣物時遭遇突然降水不能及時收回等。通過智能化的控制和調(diào)節(jié),智能晾曬使得晾曬過程更加自動化、智能化,為人們帶來前所未有的便利體驗。

1 系統(tǒng)整體設計思路

盡管眾多大型廠商紛紛涉足智能晾曬領域,然而其產(chǎn)品大多以半智能化為主,仍需用戶借助電路按鍵等方式操控衣物升降。鑒于此,本文提出一種全新的智能晾曬裝置,以STM32單片機為核心,集成雨滴傳感器、光照傳感器、風力傳感器以及LCD顯示模塊等,能感知并適應環(huán)境變化,實現(xiàn)自動控制和遠程監(jiān)測等功能。單片機作為該裝置的核心,通過各種傳感器實時監(jiān)測室外的溫度、濕度和光照強度,并根據(jù)預設的系統(tǒng)程序進行判斷,以實現(xiàn)預設目標。在自動控制模式下,傳感器負責監(jiān)測外界環(huán)境變化,并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機進行處理。當單片機完成數(shù)據(jù)處理后[1],會向電機發(fā)出指令,控制晾曬裝置的晾曬或回收操作。通過這一裝置,用戶可以更加便捷地管理晾曬過程,提高晾曬效率,同時,避免因天氣變化而導致的晾曬困擾。

2 系統(tǒng)組成概述

智能晾曬裝置具備環(huán)境感知能力,主要依靠不同類型的傳感器來監(jiān)測周圍環(huán)境的各項指標,例如風速、光照、雨滴和濕度等。這些傳感器在智能晾曬裝置上扮演著“感知器官”的角色,隨時捕捉周圍環(huán)境的變化[2]。

智能晾曬裝置會將收集的各類數(shù)據(jù),如光照、雨滴和溫濕度等信息,傳遞給內(nèi)置的控制器進行綜合分析。控制器好比一個聰明的“大腦”,可以判斷當前的環(huán)境條件,并且根據(jù)這些條件做出相應的決策。

基于控制器對數(shù)據(jù)的綜合分析結果,智能晾曬裝置通過聯(lián)動裝置來控制晾曬板的收縮。這個聯(lián)動裝置像一雙“靈巧的手”,根據(jù)控制器的指令來執(zhí)行晾曬板的收縮動作。

在軟件邏輯層面,控制器根據(jù)傳感器采集的數(shù)據(jù)進行綜合判斷,并生成相應的控制指令,這個控制指令會傳遞給聯(lián)動裝置,以實現(xiàn)對晾曬板的精確控制。通過這種方式,該裝置能夠根據(jù)周圍環(huán)境的變化做出智能化的響應,從而確保晾曬過程的安全和高效。

2.1 雨滴檢測模塊電路設計

晾曬裝置巧妙地運用了雨滴傳感器來監(jiān)測外部環(huán)境的變化,確保在緊急情況下能夠自動收回晾曬物品。通過雨滴傳感器模塊的DO輸出[3],可以精確地控制晾曬裝置的伸展與收縮。為了更準確地適應不同的環(huán)境條件,還可以通過調(diào)整信號放大電路上的電位器,來改變輸出信號的靈敏度。當雨滴傳感器檢測到?jīng)]有雨滴時,DO輸出高電平,晾曬裝置相應地自動伸展出去;當外界環(huán)境變得昏暗或濕度上升時,DO輸出低電平,將這一信號傳遞給單片機進行識別。單片機在接收這些信息后,迅速做出判斷,決定是否需要立即收回晾曬裝置并停止工作,從而確保晾曬過程的安全與穩(wěn)定。

2.2 光照檢測模塊電路設計

智能晾曬裝置系統(tǒng)采用先進的光照傳感器模塊,該模塊由光敏電阻與集成運算放大電路組成,能夠精準地測量并反饋環(huán)境光照強度。當環(huán)境光照強度低于預設閾值時,光照傳感器模塊的DO端會輸出低電平信號[3];一旦光照強度超過預設閾值,DO端則輸出高電平信號。單片機通過實時監(jiān)測DO端口電平信號的變化,可精準判斷外界光照的強弱,從而智能地調(diào)控晾曬裝置的工作狀態(tài)。

2.3 顯示電路

智能晾曬裝置的顯示電路由LCD顯示屏、控制芯片及關聯(lián)連接元件構成。其中,控制芯片作為顯示電路的核心,負責接收來自各類傳感器的數(shù)據(jù),并根據(jù)預設程序?qū)@些數(shù)據(jù)進行處理,最終輸出相應的控制信號。這些控制信號將驅(qū)動LCD顯示屏,展現(xiàn)當前的環(huán)境狀態(tài)、晾曬進度等重要信息。LCD顯示屏能夠清晰呈現(xiàn)文字、數(shù)字及圖像等內(nèi)容,為智能晾曬裝置提供了直觀、便捷的交互界面,是裝置中不可或缺的關鍵組件。

2.4 STM32F103C8T6單片機

STM32系列單片機是由ARM公司開發(fā)[3]、基于ARM Cortex-M內(nèi)核、功能十分強大的32位微控制器。其中,STM32F103C8T6是STM32系列中的一個特定型號,同樣基于ARM Cortex-M內(nèi)核。它的程序存儲器容量為64 KB,電壓工作范圍是2V～3.6 V,工作溫度范圍為-40℃～85℃。這款單片機具有多種外設,包括直接內(nèi)存訪問(Direct Memory Access,DMA)、電機控制脈寬調(diào)制、溫度傳感器等,同時具有8種通用型之輸入輸出(General-Purpose Input/Output, GPIO)模式可以選擇。在最小系統(tǒng)中,STM32F103C8T6的單片機本體、外部復位電路和外部時鐘電路組成了整個系統(tǒng)的基礎架構。

2.5 復位電路

當電源開始供應電流時,電流通過如圖1所示的R19和C20流到地端,為C20這個“能量倉庫”充電。在這個過程中,NRST引腳會暫時處于低電平狀態(tài)。

圖1 復位電路

隨著時間的推移,當C20電池充滿電時,它就像一個斷路開關,切斷NRST引腳與地端的連接。這時,NRST引腳就由低電平狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)。這個高電平信號就像是給單片機發(fā)送了一個“起床指令”,當單片機接收這個指令后,把備份區(qū)域寄存器以外的所有寄存器狀態(tài)恢復到初始狀態(tài),重新開始工作。綜上所述,這個復位電路就像一個智能的“開關”,能夠控制單片機的啟動和復位,保證單片機能夠正常工作。

2.6 系統(tǒng)時鐘電路

STM32單片機利用由1個石英晶體振蕩器Y1及2個22 pF電容構成的振蕩電路生成穩(wěn)定且可靠的信號。這一振蕩電路能夠輸出頻率和振幅均保持恒定的正弦波形,從而為單片機提供精確且無誤的觸發(fā)信號。當單片機捕獲到這一脈沖信號時,它將按照預設的程序指令執(zhí)行一次或多次操作。

3 智能晾曬系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)采用C語言進行編程,主要運用if和while等邏輯判斷語句來實現(xiàn)復雜的功能控制。當用戶在顯示屏上觸發(fā)按鍵時[4],系統(tǒng)將生成即時信號,被相關模塊接收并執(zhí)行預設功能。同時,為了確保晾曬裝置能夠精準地停留在指定位置,系統(tǒng)特別配備了限位開關。一旦限位開關檢測到裝置已到達目標位置并閉合,晾曬裝置將立即停止轉(zhuǎn)動,從而確保整個系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠運行。具體程序流程如圖2所示。

圖2 智能晾曬系統(tǒng)設計流程

結合流程圖具體描述工作原理如下:在手動操作模式下,Y1和Y2分別擔任晾曬裝置的展開與收回控制開關,用戶可根據(jù)需求,通過按下Y1使晾曬裝置向外伸展或按下Y2使晾曬裝置收回;若用戶希望將系統(tǒng)切換至自動模式,只需按下Y3即可;在自動模式下,晾曬裝置將根據(jù)外部環(huán)境條件,如光線明暗與濕度高低,自動伸展或收回的操作,對于那些無法時刻關注晾曬裝置工作狀態(tài)的用戶,自動模式尤為實用,當外界環(huán)境變得昏暗或濕度上升時,晾曬裝置將自動收回,并在觸碰限位開關后停止工作[5-6],以確保晾曬過程的安全與高效。

4 結語

智能晾曬系統(tǒng)以其高效且優(yōu)質(zhì)的晾曬能力,顯著提升了傳統(tǒng)晾曬方式的效率與質(zhì)量,為用戶的生活帶來了前所未有的便捷與舒適體驗。本文創(chuàng)新性地以STM32F103C8T6單片機為核心,設計了一款智能化的晾曬系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠智能感知外部環(huán)境的變化,自動調(diào)控晾曬板的伸縮,實現(xiàn)了室外衣物的智能化晾曬,為用戶提供了更為便捷、智能的晾曬新體驗。