基于STC89C52RC單片機的智能晾衣架設計與制作

王法杰

(西安航空職業技術學院 電子工程學院， 西安 710089)

0 引言

隨著智能家居的快速發展與廣泛應用，對晾衣架的智能化也提出了更高的要求?；趩纹瑱C的智能晾衣架系統有手動和自動兩種模式，手動模式與傳統晾衣架功能一樣，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通過遙控來控制晾衣架伸縮，通過限位開關將晾衣架的伸縮控制在合理的范圍之內[1]。該晾衣架系統結構簡單，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境的濕度，超過閾值則晾衣架的電機進行動作實現晾衣架的智能化，濕度的測量值可通過兩位一體共陰極數碼管進行顯示，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，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，執行晾衣架收回功能，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，電機正轉執行晾衣架伸出功能[2]。通過模式選擇開關按鍵進行模式切換，模式切換或者按下伸縮限位開關時，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，即數據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，即單片機發送一次開始信號后，DHT11從低功耗模式轉換到高速模式，等待主機開始信號結束后，DHT11發送響應信號，送出40 bit數據，高位在先，并觸發一次信號采集，用戶可選擇讀取部分數據。數據格式為“8 bit濕度整數數據+8 bit濕度小數數據+8 bit溫度整數數據+8 bit溫度小數數據+8 bit校驗和”[3]，由DHT11時序得知，主機先發送復位信號給從機，主機拉低總線至少18 ms，通過執行語句“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);”),主機發送完復位信號，DHT11發送響應信號，檢測到復位信號后，觸發一次采樣，并拉低總線80 us表示響應信號，通知主機數據已準備好，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，之后開始傳輸數據進入數據接收狀態[4]。為了防止中斷干擾總線時序，操作前先關總中斷(“EA=0”)，操作完畢再打開(“EA=1”)。DHT11進行溫濕度數據采集的流程圖如圖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

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

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

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

U8T_data_L_temp=U8comdata;//溫度小數部分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);//數據校驗

圖2 DHT11溫濕度采集流程圖

如果數據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”函數為濕度讀取函數，設計思路是，當50US低電平后，拉高總線，判斷高電平持續時間，如果是“26-28US”表示數據“0”，“70US”則為數據“1”，然后按照高位在先的順序傳送數據。

2.2 無線遙控模塊設計

數據發射時，按鍵分別和SC2262-IR的數據端11腳、12腳和13腳連接，實現模式切換、晾衣架伸出和收縮功能。

數據發射模塊的工作頻率為315M，采用315M無線發射板，按鍵按下，SC2262-IR編碼芯片的17腳和發送模塊315M的3腳相連，通過315M模塊發送數據，SC2272-m4和315M無線接收模塊組合電路將接收到信號進行解碼，解碼的數據通過SC2272-m4的11腳、12腳和13腳輸出，再經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斷，從而控制電機轉動方向。在仿真圖里直接用按鍵開關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時，晾衣架伸出，同時，單片機的P3.0輸出為低電平，經與三極管Q1相連的繼電器吸合，電機正轉，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[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

{ 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、按下伸出限位開關和按下收回限位開關程序。

2.3 顯示模塊與主函數設計

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

數碼管顯示函數主要實現對濕度整數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接數碼管個位位選引腳，個位顯示時P2.2為低電平，P2.1接數碼管十位位選引腳，十位顯示時P2.1為低電平，由于動態顯示速度快，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，用按鍵開關直接控制單片機來驅動電機的轉動。無線發送模塊的硬件連接部分如圖3所示。

圖3 無線發送模塊

發送模塊主要由SC2262-IR和315M發射模塊分組成，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，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，通過調整光敏電阻的滑動端和DHT11的調節按鍵可以仿真出不同天氣條件下晾衣架的工作狀態[9]。實物制作如圖5所示。

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

圖5 智能晾衣架實物制作

4 總結

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時電機停轉，蜂鳴器報警，能夠自動根據環境的光線和周圍環境濕度調整電機轉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]。經仿真與實驗驗證，該智能晾衣架系統設計優良、使用方便、功能豐富，具有一定的推廣和實用價值。