基于單片機的智能衣柜系統的設計與制作

黎國強，吳燕，平劍超，夏貴輝，丁春發

（南昌師范學院，江西南昌，330032）

0 引言

在生活中衣服的存儲和管理是一個不容輕視的問題。例如在炎熱潮濕的夏天，衣服在柜中長時間放置就會出現發霉、起異味的現象，這主要是衣柜內濕度過大造成的，這也是傳統衣柜最大的弊端所在。有研究表明在濕度大于60%的較高相對濕度條件下，溫度為影響霉菌生長的主要因素，其生長速度隨著溫度升高而升高[1]。本設計利用單片機設計智能衣柜系統，可以將衣柜的溫濕度控制在合適的范圍內以減少衣物發霉的可能。

1 總體設計

■1.1 系統功能

該系統通過溫濕度傳感器獲取衣柜中的溫濕度，后將溫濕度數據傳輸到STC89C52 單片機中，由單片機對該數據進行處理，以及判斷是否要進行除濕消毒，并且在LCD 屏上顯示當前溫濕度及當前時間，時間可由用戶利用按鍵進行修改[2]。在除濕消毒的同時開始報警，當柜門打開時，將停止報警、除濕和消毒，并且照明燈被點亮。

■1.2 系統框圖

系統總體框圖如圖1 所示，由溫濕度檢測模塊檢測溫濕度后傳輸給單片機，后由單片機判斷是否需要除濕和降溫。并且在除濕、降溫的同時進行紫外線消毒。同時蜂鳴器開始報警提示正在工作。并且在LCD1602 上顯示此時的溫濕度及當前時間。

圖1 系統總體框圖

2 硬件設計

■2.1 單片機最小系統

單片機最小系統如圖2 所示。單片機的最小系統由電源、晶振電路、復位電路及單片機本身所組成，本設計的單片機選擇STC89C52，并且使用5V 電源供電，晶振頻率為11.0592MHz。本系統復位電路就包括了上電復位和按鍵復位。上電瞬間，電容兩端電壓不能突變，此時電容的負極和RESET 相連，電壓全部加在了電阻上，RESET 的輸入為高，芯片被復位。隨之+5V 電源給電容充電，電阻上的電壓逐漸減小，最后約等0，芯片正常工作。并聯在電容的兩端為復位按鍵，當復位按鍵沒有被按下的時候電路實現上電復位，在芯片正常工作后，通過按下按鍵使RST 管腳出現高電平達到手動復位的效果。

圖2 單片機最小系統

■2.2 溫濕度檢測模塊

溫濕度檢測模塊如圖3 所示。本設計利用DHT11 作為溫濕度傳感器。要使用DHT11 只需在其DATA 引腳連接一個單片機的I/O 口并且加上一個5k 的上拉電阻即可，本設計將其連接到了單片機的P1.1 引腳上。

圖3 溫濕度檢測模塊

■2.3 按鍵模塊

按鍵模塊如圖4 所示。本設計使用的按鍵模塊為獨立按鍵設計，通過四個獨立按鍵和一個開關來實現模式的選擇，時間的加減以及模擬柜門。其中S2 為設置按鍵，S3 為選擇按鍵，S4 為時間加按鍵，S5 為時間減按鍵，S6 為模擬柜門，當按鍵按下時，單片機的P1.0 和P3.0～P3.3 將檢測到低電平從而實現對應功能。

■2.4 時鐘模塊

時鐘模塊如圖5 所示。本設計的實時時鐘芯片使用的是DS1302。DS1302 采用的是三線接口的雙向數據通信接口，RST 低電平有效，SCLK 為串行時鐘，為通信提供時鐘源，I/O 為數據輸入輸出引腳，用于傳輸及接收數據[3]。本設計中將該模塊的RST、SCLK 和I/O 分別與單片機的P3.4～P3.6 口相連。

圖5 時鐘模塊

■2.5 顯示模塊

顯示模塊如圖6 所示。在本設計中使用LCD1602 來顯示此時的時間、柜門的狀態以及當前的溫濕度，其中DB0 到DB7 引腳與單片機的P0 口相連，RW、RS 以及E 則分別與P2.5～P2.7 相連。

圖6 顯示模塊

■2.6 報警模塊

報警模塊如圖7 所示。本設計利用PNP 型三極管來驅動蜂鳴器來實現報警功能，該三極管的基極與單片機的P2.4 相連，當此時的溫濕度高于預設值時且模擬柜門為關閉時，單片機的P2.4 引腳將輸出低電平，此時三極管導通，蜂鳴器將進行報警。

圖7 報警模塊

■2.7 消毒照明除濕模塊

消毒照明模塊如圖8 所示、除濕模塊如圖9 所示。當溫度為25℃～30℃，水分活性為0.7～1AW 時是絕大多數霉菌繁殖的最適宜環境[4]，因此本設計的溫度預設值范圍設置在20℃～25℃，濕度預設值范圍為40%RH～60%RH。本設計利用5V 直流風扇來實現除濕功能，同時利用紫外線燈來實現消毒功能并且利用LED 來模擬照明。通過三極管和繼電器與單片機相連來實現除濕消毒功能，其中單片機的P2.1 與消毒模塊相連，P2.2 與除濕模塊相連，P2.0 與照明模塊相連，當模擬柜門打開時即P2.0 為低電平時，照明燈點亮。當溫濕度超過預設值后P2.1 與P2.2 也為低電平，此時除濕消毒模塊開始工作。

圖8 消毒及照明模塊

圖9 除濕模塊

3 軟件設計

在本設計的軟件設計中先初始化這個系統，后顯示屏上將顯示系統預設好的時間，如果該時間與當前時間不符，則利用按鍵的設置鍵和選擇鍵來修改時間，完畢后顯示屏將顯示當前柜門的狀態、當前時間以及檢測到的溫濕度。

當柜門打開時，照明燈將被點亮，此時不管消毒殺菌模塊及報警電路是否在工作都將停止，當柜門關閉后才會繼續工作。同樣照明燈也將熄滅。之后判斷溫濕度是否大于預設值，大于后將開始降溫并消毒，同時報警電路開始報警。當溫濕度都低于了預設值，將停止消毒和降溫，并且關閉報警。其總體設計流程圖如圖10 所示。

圖10 主流程圖

4 實物測試

在設計好硬件電路后，在Keil 內編寫軟件程序，將編譯好的文件燒錄到單片機中，當系統上電后，LCD 顯示屏上將顯示當前的時間，若與當前時間不符可以通過按鍵修改，修改后在顯示屏的第一行將顯示柜門狀態和當前濕度。而第二行將顯示此時時間和溫度。實物測試如圖11所示。

實物功能測試：本設計的溫度預設值范圍設置在20℃～25℃，濕度預設值范圍為40%RH～60%RH。不同溫濕度下系統反應情況如表1所示。

表1 系統測試結果

5 結論

本設計利用STC89C52 單片機為主控芯片，實現了智能衣柜系統。達到了使衣柜內的溫濕度處于一個合理的范圍內以有效地減少衣物發霉的情況。同時在系統工作時將會由蜂鳴器進行報警，來提醒使用者。當使用者在系統消毒除濕工作期間打開衣柜，系統將暫停直至柜門關閉以此來確保使用者的安全。在打開柜門的同時照明燈也將被點亮以便使用者更好地尋找衣物。經測試后該系統穩定且滿足日常需求，可以在日常生活中給使用者帶來便利的同時減少衣物發霉的煩惱。

圖11 實物測試圖