1、燕京理工学院毕业设计（论文）I基于单片机的智能晾衣架控制系统的设计与实现董阳通信工程专业 通信 1301 班 学号 130250004指导教师 李丽芬副教授摘 要现在都市的生活越来越忙，很多人都没有时间和精力来管理一些细节上的东西，比如，在合适的阳光温度时间内晾晒衣服。针对这来问题我们开始了研究，通过对智能晾衣架控制系统的设计与实现的不断探究，得到了比较好的设计思路。通过使用 DHT11 温湿度传感器、光敏电阻等元件，对环境的变化进行检测，然后再将测量数据传递给 STC89C51 单片机，单片机的核心板再对所测量的温湿度和光线的强弱进行判别，驱使电机进行正转或者反转，达到智能晾晒衣物的目的。在
2、温湿度检测方面使用的是 DHT11 传感器模块，该模块将测量得到的数据与设定值进行对比，如果湿度超越过设定值，系统会默认回收晾衣架，发送脉冲信号来控制电机收回晾衣架。针对光照强度方面的检测我们选择使用光敏电阻，光照强度的改变会使电阻阻值产生相应的变化，单片机将变化后的阻值与设定值进行对比，如果超过设定值，则控制电机进行转动，使衣架收回，从而实现智能晾衣服的目的。关键词：智能 STC89C51 DHT11 燕京理工学院毕业设计（论文）IIDesign and Implementation of Intelligent Clothes Hanger Control System Based on
3、Single Chip MicrocomputerAbstractNow the city life more and more busy, a lot of people do not have the time and energy to manage some of the details, for example, in the appropriate temperature of the sun drying clothes. In order to solve this problem, we started the research, through the intelligen
4、t clothes hanger control system design and implementation of continuous research, get a better design ideas. By using the DHT11 temperature and humidity sensor, photosensitive resistance and other components, the change of environment were detected, and then the measurement data are transmitted to t
5、he STC89C51 microcontroller core board microcontroller to measure the temperature and humidity and light intensity discrimination, motor driven forward or reverse, achieves the intelligent clothes drying purpose. Used in the detection of the temperature and humidity DHT11 sensor module, the module w
6、ill be measured data are compared with the set value, if the humidity is beyond the set value, the system will default recovery racks, send pulse signal to control the motor back racks. Similarly, the photosensitive resistor for detecting the light intensity of the light intensity, the changes will
7、cause the resistance change, will change the resistance compared with the set value, if it exceeds the set value, then control the motor to rotate, the clothes hanger to recover, so as to achieve the purpose of intelligent clothes.Key words: intelligent STC89C51 DHT11燕京理工学院毕业设计（论文）III目 录前 言 1第 1 章 绪
8、论 2第 1.1 节 选题背景 .2第 1.2 节 研究方法及目的 .2第 1.3 节 研究意义 .3第 2 章 系统总体设计 4第 2.1 节 总系统设计框图 .4第 2.2 节 系统组成概述 .4第 2.3 节 控制系统核心选择 .4第 2.4 节 湿度检测模块选择 .5第 2.5 节 遥控电路设计 .5第 2.6 节 遥控发射模块参数 .6第 2.7 节 光强检测模块选择 .7第 2.8 节 电机模块选择 .7第.9 节 系统设计要求 8第 3 章 控制系统硬件设计 9第 3.1 节 单片机的介绍及其工作系统设计 .9第 3.2 节 温湿度传感器电路 14燕京理工学院毕业设计（论文）IV
9、第 3.3 节 光敏检测电路 17第 3.4 节 直流电机驱动电路 19第 4 章 控制系统设计 .21第 4.1 节 程序流程图 21第 4.2 节 程序设计 22第 4.3 节 系统初始化 22第 4.4 节 温湿度检测 25第 5 章 系统整体调试 .27第 5.1 节 系统仿真演示 28第 5.2 节 硬件实物的焊接 33结 论 .37附 录 .39参考文献 .41致 谢 .42燕京理工学院毕业设计（论文）1前 言科技是第一生产力科技的进步推动着人类生活的进步，人们对生活也开始不断的追求智能化，这种形式促使各国也在家具智能方面开始了深入的研究。人工智能化的产生以及运用使人们对家电、照明
10、、窗帘管理控制和防盗报警等智能化方面的研究更进了一步，促使人们生活向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各项人工智能的家具中针对晾衣工具这个方面的研究我国并没有得到很大中的重视和研究，甚至可以用没有什么改变来形容，所以其市场研究价值很高，十分利于我们开发研究。现在在我国大多数普通用户生活中，很少会存在能够随着外界环境改变而硬件自身够功进行变化的智能晾衣架，从而达到自动收缩或者伸展晾衣架的目的。常见的普通晾衣架在实际生活活中并不是很人性化帮助人们生活便利，并且很多常见的问题不能够解决。例如，我们工作不在家时，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能够及时回收而导致重洗；晚上因为加班不能够回家，晾晒的衣服
11、也不能够及时回收造成损失，并且在酷热夏日，我们因为工作繁忙的原因通常会导致把洗好的衣物晾晒在室外一整天，而不能及时收回。假设我们不在家，但是在夏天的正午时候不能够把衣物回收到屋子里，导致衣物暴晒，这样的现象在我们平时的生活中最为常见，所以普通的晾衣架对我们的衣物伤害极大。虽然在国际上有很多大的厂家对智能晾衣架有一定的研究，但是他们所研究量产的智能晾衣架大都是半智能化的，用户只能经过电路按键等控制方式使衣物达到垂直升降晾晒衣服的目的。基于这一现状我的设计思路是使用 DHT11温湿度传感器和光传感器来检测室外的天气温度和光照的情况，然后得到当下天气信息，这些信息再由传感器传输到单片机，单片机再通过
12、脉冲信号使电机进行转动，进而达到智能晒衣物的目的。燕京理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 绪论第 1.1 节 选题背景科技是第一生产力科技的进步推动着人类生活的进步，人们对生活也开始不断的追求智能化，这种形式促使各国也在家具智能方面开始了深入的研究。人工智能化的产生以及运用使人们对家电、照明、窗帘管理控制和防盗报警等智能化方面的研究更近了一步，促使人们向全面人工智能化也更近了一步。但是，在各项人工智能的家具中针对晾衣工具这个方面的研究我国并没有得到很大中的重视和研究，甚至可以用没有什么改变来形容，因此智能晾衣架也有很大发展空间，其市场研究价值很高，并且渐渐的这种生活模式将会吸引社会的很大关注
13、。第 1.2 节 研究方法及目的1.2.1 研究目的现在在我国大多数普通用户生活中，很少会存在能够随着外界环境改变而硬件自身够功进行变化的智能晾衣架，从而达到自动收缩或者伸展晾衣架的目的。常见的普通晾衣架在实际生活活中并不是很人性化帮助人们生活便利，并且很多常见的问题不能够解决。例如，我们工作不在家时，突然下起雨，在外面晾洗的衣服不能够及时回收而导致重洗；晚上因为加班不能够回家，晾晒的衣服也不能够及时回收造成损失，并且在酷热夏日，我们因为工作繁忙的原因通常会导致把洗好的衣物晾晒在室外一整天，而不能及时收回。假设我们不在家，但是在夏天的正午时候不能够把衣物回收到屋子里，导致衣物暴晒，这样的现象在
14、我们平时的生活中最为常见，所以普通的晾衣架对我们的衣物伤害极大。虽然在国际上有很多大的厂家对智能晾衣架有一定的研究，但是他们所研究量产的智能晾衣架大都是半智能化的，用户只能经过电路按键等控制方式使衣物达到垂直升降晾晒衣服的目的，但是这样的设计并不能完美的晾晒衣服并燕京理工学院毕业设计（论文）3且让其对衣服无损伤，通过用单片机为核心的设计可以很好解决这个问题。整个系统的工作过程为，单片机经过 DHT11 温湿传感器来获取当下天气情况，当室外的温度或湿度为系统设定数值的时候，单片机会发送信号驱使电动机进行转动，来完成智能晾晒衣服目的。另外，在转动的过程中当传动杆接触到位置开关时，电机就会中止转动；
15、在雨过天晴的时候阳光会比较充足，此时光敏电阻会因为光照变化的原因使自身阻值产生变化，并将其变化信息发送给单片机，单片机在程序的指引下对光照强度进行判断，然后发送脉冲信号给电机，使电机进行转动进而实现智能晾衣。 1.2.2 研究方法（1）文献法。由于本研究将会触及到很多单片机方面的绘图以及变成等方面的知识和技术，为了能够更好的完成研究，所以需要对大量的期刊杂志等书籍进行浏览、整理和分析。这样做能够快速而且有效的获得大量对本研究由有利的信息和材料，因此成为研究方法不可缺少的部分。（2）观察法。合理的观察对研究有很大的帮助，这种研究方法具有很强的目的性和计划性，在实验中往往能达到意想不到的效果，从而
16、开辟人们的思路，招致新的发现，因此也成为研究方法不可缺少的部分。第 1.3 节 研究意义按照现阶段的晾衣架开发情况，本设计方法能够把人们从原始的晾衣操作方法中解脱出来，实现智能生活化。这种智能晾衣架除了人工智能外还有其他的优点，例如占地面积相对其他的晾衣架而言较小，并且它的操作方法也特别简单，能够通过遥控来实现人工伸展和收回，它的外观也有很高的美观性。相对其他晾衣架而言这种设计方式的晾衣架大大避免了那些操作麻烦方面的问题。它的工作方式是，各个相应的检测模块在获取到这个时候的温湿度或者光的强度后会把自己获取的东西发送给单片机，单片机会发送相对应的信号来驱使电动机进行转动，实现晾衣服的功能。燕京理
17、工学院毕业设计（论文）4第 2 章 系统总体设计第 2.1 节 总系统设计框图本设计使用 STC89C51 单片机，同时再通过温湿度传感器和光敏电阻等装置来配合来检测外界的环境变化，把他们自己获取的信息发送给单片机，再使单片机来驱使电机转动，完成智能晾衣功能，对于智能晾衣架的总体设计框图如图 2.1 所系统总体控制框图示：图 2.1 系统总体控制框图第 2.2 节 系统组成概述系统主要由：控制系统核心、湿度检测模块、光强检测模块、电机驱动模块、直流电机、拨码开关模块和显示模块。控制系统核心作为系统的控制核心和数据处理中心；湿度检测模块用来采集环境湿度信号；光强检测模块用来采集环境光强信号；电机
18、驱动模块用来功率放大驱动电机正反转，进而带动晾衣架做伸出或缩回运动；拨码开关模块是用来设置系统工作模式，并在手动工作模式下，设置晾衣架的伸出或缩回；显示模块用来显示湿度数据、光强情况、晾衣架状态等内容。第 2.3 节 控制系统核心选择方案一：采用 STC89C51 作为系统的控制器。STC89C51 是一种性能好、功温湿度传感电路光敏传感电路单片机最小系统电机驱动报警电路晾衣架执行机构燕京理工学院毕业设计（论文）5耗低的 8 位结构的微处理器，其内部配置了系统可编程的 8K 的 Flash 存储器3。该芯片性能稳定、抗干扰能力强；并且能够灵活的编程和设计，在很多的工业控制现场和嵌入式系统中都可
19、以非常有效的担任控制任务。方案二：采用 FPGA 作为系统的主控制器。FPGA 的功能非常强大，对于很多具有复杂逻辑功能的控制系统均可作为系统的核心；并且开发的系统具有较小的体积、极高的集成度、极强的稳定性、丰富的硬件资源、扩展易实现、处理速度快，通常用于控制功能复杂、控制要求较高的控制系统中，但该控制器价格很高、编程较单片机复杂很多。本系统逻辑功能简单，仅仅需要读取传感器和拨码开关信号、控制电机、控制显示屏，对控制器的数据处理能力要求不是很高，STC89C51 单片机完全能达到控制要求，从性价比方面考虑选择方案一。第 2.4 节 湿度检测模块选择方案一：采用 DHT11 传感器采集湿度，该传
20、感器集测温、测湿度为一体，输出为数字量信号，数字量信号以经内部校准。传感器采用专业的集成数字传感器技术，其具有极高的稳定性和极强的可靠性 4。传感器内部设置了一个感温元件和一个感湿元件，输出为总线形式，可直接与单片机相连。该传感器不仅性能十分优越，价格也非常低廉，在很多低成本控制系统中被应用。方案二：采用 HR202 电阻型湿度传感器，HR202 湿敏电阻其核心感湿元件是一种新型的高分子材料，该材料具有很宽的感湿范围，并且常见稳定有效，可广泛的应用在仓库、大棚等需要检测、控制湿度的系统中，但该传感器不能直接通过直流驱动，采集信号要通过 A/D 转换，因此电路设计较为复杂。综合考虑性能和读取方式
21、，DHT11 虽然编程较为复杂，但其外围电路简单，可通过单片机 I/O 口直接读取，所以选择方案一作为系统的湿度检测模块。第 2.5 节 遥控电路设计对于遥控方面所采用的模块是 SC2262 和 SC2272，它们用于遥控和接收，其中遥控电路图如图 2.2 所示：燕京理工学院毕业设计（论文）6图 2.2 遥控电路遥控器设计部分将使用 12V 电池对其进行供电，当按下按键后电池的正极才能够使其芯片和发射模块的电源端相互连通并发出信号，之所以有这样设计是为了能够更好地确保电池的耐用。其中接收部分的电路图如 2.3 接收电路所示：图 2.3 接收电路接收电路输出端经过 NPN 三极管 9013 将输
22、出的高电平转变成低电平，这样的设计方便了单片机能够更好的识别低电平变动。第 2.6 节 遥控发射模块参数1、通讯方式：调幅 AM 2、工作频率：315MHZ/433MHZ 3、频率稳定度：75KHZ 4、发射功率：500MW 燕京理工学院毕业设计（论文）75、静态电流：0.1UA 6、发射电流：350MA 7、工作电压：DC 312V第 2.7 节 光强检测模块选择方案一：采用光敏电阻采集光强。光敏电阻的阻值受环境光强影响，随光强不同，阻值也会随之而改变。通过将电阻值转化成电压信号、再经电压比较器比较得到电平信号，得知外部环境光照的强弱 15。光敏电阻价格极为便宜，只需简单的处理电路即可达到系
23、统的要求。方案二：采用 GY-30 采集光强。GY-30 是一款数字光强检测模块，采用ROHM 原装 BH 单片机可以直接读取，不需要开发人员进行标定。该方案电路简单、可以采集准确的光照强度，但编程非常复杂。综合考虑，系统中只要对光的强弱做作一个区分，并不需要采集出准确的数值，从程序编写的难以程度上考虑，选择方案一作为系统光强检测模块。第 2.8 节 电机模块选择方案一：利用 L298N 芯片驱动电机，该芯片是专用的电机驱动芯片。每个L298 中配置了两个 H 桥电路，可能够对两个小型直流电机进行正反转运行控制。芯片的使能端直接接在逻辑电压的高、低上，能够实现电机的转动和停止；也能够将单片机输
24、出 PWM 接在芯片的使能端上，通过改变 PWM 的占空比来对电机转速进行调节，用来需要调节转速的系统中 6。L298 具有很强的驱动能力，在其可以驱动电压范围内，可以提供的最大驱动电流是 2A。L298 还具有过热保护和电流反馈检测功能，是一种安全、可靠的电机驱动方案。 方案二：利用控制继电器组成电机驱动模块，通过四个继电器组成来实现电机的正反转控制，并通过触点动作速度实现电机调速 7。这种实现方式电路简单，但是继电器的响应时间较长，并且频繁的开通、关断会造成继电器的寿命降低，可靠性较低。综合考虑，为增强系统的可靠性、提高性能，电机驱动模块选择方案一作燕京理工学院毕业设计（论文）8为系统的电
25、机驱动模块。第 2.9 节 系统设计要求在智能晾衣架的研究设计中，应达到以下几点要求：（1）简单性：智能晾衣架是为现在生活节奏快的上班一族设计，因此本设计必须操作简单，因为忙碌一天的上班族是不愿意在这些小事上花费精力。而且本设计就是为了解决生活小事，若是操作繁杂，这就与我们的初衷恰恰相反的，所以此设计必须操作简单。（2）经济性：本设计拥有着大量的潜在市场，是能够在家庭中应用的。所以必须要设计合理。设计合理中经济性尤为重要，而且我们设计的是智能晾衣架，作为一个晾衣架本身功能来说，就决定了本设计的产品价格就不能太高。并且，任何人都喜欢性价比高的产品。所以我们的设计应该追求物美价廉。这就要求我们不仅
26、要技术先进，经济上也要更加合理。（3）实用性：本设计是工具，因此我们设计应该多考虑一些实用功能，不能设计那些不实用的功能。本设计针对的是经常在露天晾晒衣物的人群设计，所以在设计过程中也会做一些调整，添加实用的功能，减少冗杂而不必要的功能。（4）安全、可靠性：因为智能晾衣架是应用于家庭的，所以要保证其安全、可靠性。从电子元件、电路设计、材料的选用都应注意提高其安全性与可靠性。燕京理工学院毕业设计（论文）9第 3 章 控制系统硬件设计在之前总体设计完成之后，本章将会对控制系统硬件面进行设计，其中包含 STC89C51 的概述和简介，DHT11 温湿度传感器的使用简介，光敏检测电路的设计，还有电机驱
27、动的电路设计，然后在根据系统性能的要求对其硬件设计进行修改和完善。第 3.1 节 单片机的介绍及其工作系统设计3.1.1 STC89C51 特点STC89C51 的主要性能 10：1、与 MCS-51 单片机产品兼容2、1000 次擦写周期3、时钟频率 0 35MHz 的一般 8051 0 至 420 MHz.实践工作频率可达48MHz 三级加密程序存储器4、低功耗空闲和掉电模式5、STC89C516AD 具备 ADC 功能。10 位精度 ADC，共 8 路掉电标识符引脚结构如图 3.1STC89C51 引脚结构所示：燕京理工学院毕业设计（论文）10图 3.1 STC89C51 引脚结构STC
28、89C51 芯片内部带有 8K 字节 Flash 存储器，其具有性能高、功耗低等优点，俗称单片机。该器件存储器的制造技术是采用 ATMEL 高密度非易失性技术，和工业上的 MCS-51 的系列芯片具有完成相同的引脚配置和指令集。该芯片性能稳定、具有很强的抗干扰能力；并且能够灵活的编程和设计，在很多的工业控制现场和嵌入式系统中都可以非常有效的担任控制任务；并且该芯片价格超低，在许多的小型、低成本的控制系统中作为控制核心。STC89C51 单片机的功能特性：40 个外部引脚，Flash 闪速存储器 4k 字节，内部 RAM1288 位，输入/输出（I/O）口 32 个，中断优先级 5 个，中断嵌套
29、中断 2 层， 16 位定时器/计数器 3 个，全双工串行通信口（UART）1 个，看门狗（WDT）定时器，片内振荡器和时钟电路。该芯片常见的封装形式有：燕京理工学院毕业设计（论文）11TQFP、PLCC 和 PDIP 三种，用来满足各种工作场合的需求 10。其引脚图（PDIP封装形式）如图 3.1 所示。STC89C51 单片机的引脚功能说明：VCC：电源正端输入。VSS：接地。RST：单片机的复位输入。EA/VPP：外部访问允许。“EA”是英文“External Access”的缩写，表示存储外部程序代码，为使能从 0000H 到 FFFFH 的外部程序存储器读取指令，EA必须接 GND。
30、为了执行内部程序指令，EA 应该接 VCC。在 Flash 编程期间，EA也接收 12 伏 VPP 电压。PSEN：是外部程序存储器的选通信号。当单片机开始从外部程序存储器执行程序时，该引脚会被激活，其周期是机器周期的一半，而在访问外部数据存储器时，则不激活 PSEN。ALE：当访问数据存储器或外部程序存储器时，该引脚将输出脉冲，用来锁存地址的低 8 位字节。P0 口（P0.0P0.7）：P0 口是一个 8 位双向输入/输出（I/O）端口，其漏极开路，每脚最多能够驱动的 TTL 逻辑电平为 8 个。在对单片机进行编程操作时，指令字节通过 P0 口接收；而进行校验程序时，指令字节通过 P0 口输
31、出，此时 P0 必须外部上拉电阻才能输出高电平。P0.0 表示第 0 位，也就是最低位；P0.1 表示第 1 位；依此类推，P0.7 表示第 7 位，也就是最高位。四组 I/O 口中只有 P0 口具有内部无上拉电阻，其余 I/O 均在内部配置上拉电阻，将 I/O 的电平拉高。P0 在当做 I/O 用时可以推动 8 个 LS 的 TTL 负载。P1（P1.0P1.7）：P1 口是一个 8 位双向 I/O 端口，内部配置了上拉电阻，P1 口缓冲器最多能够输出或接收 4 个 LS TTL 门电流。若将 P1 口管脚写入 1，则 I/O 口输出高电平，表示该端口设置为输入，可以读取外部电平信号。P2（
32、P2.0P2.7）：P2 口是一个 8 位双向 I/O 端口，其内部配置了上拉电阻，每一个引脚最多能驱动 4 个 LS 的 TTL 逻辑门电路。若想将 P2 设置为输入口，用来读取外部电平信号，则需控制 P2 输出高电平。P3（P3.0P3.7）：P3 口和 P1 口，P2 口一样，也是一个 8 位双向 I/O 端口，其内部也配置了上拉电阻的，其输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。燕京理工学院毕业设计（论文）12P3 口也可作为 STC89C51 的一些特殊功能口，其引脚第二功能分配如下表 3.1所示。XTAL1：反向振荡器的输入。XTAL2：反向振荡器的输出。表 3.1 P3 口引
33、脚第二功能端口引脚 第二功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 INT0（外部中断 0）P3.3 INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时/计数器 0）P3.5 T1（定时/计数器 1）P3.6 WR（外部数据存储器写选通）P3.7 RD（外部数据存储器读选通）3.1.2 单片机工作系统设计单片机必须在具备晶振电路和复位电路后才能保证其正常运行。晶振电路也称时钟电路，该电路是给单片机提供稳定的时钟源，复位电路的功能是重置单片机，使其总起始地址开始工作，从程序代码的起始端开始运行。下面将对时钟电路和复位电路进行详细介绍。（1）时钟电路设计图 3.2 时钟电路
34、3pFC2.59MXTAL燕京理工学院毕业设计（论文）13在使用 51 系列单片机开发系统时，晶振电路主要由两部分组成：石英晶体和瓷片电容。适石英晶体一般选择为 12MHz 或 11.0592MHz；匹配的瓷片电容是2030pf 之间，这个大小的电容可以很好的抑制干扰，使时钟电路稳定工作。如图 3.2 所示为本次设计的时钟电路，选用 11.0592M 的晶振，其晶振两脚与单片机的时钟输入引脚 XTAL1 和 XTAL2 相连，并在两端分别连接 30pf 瓷片电容C1，C2 的一端，瓷片电容的另一端直接接地 9。（2）复位电路设计若系统在运行时，受环境干扰单片机内代码执行时跑飞或需要从新执行代码
35、时，这时需要将单片机复位，从头执行程序代码，这就需要设置复位电路。STC89C51 单片机在 RST 引脚上施加两个机器周期以上的时间就会完成复位，代码将从最开始地址从新执行。在系统上电时，也要对单片机进行复位，为了方便，无需每次上电都通过操作按键进行复位，复位电路中设置了上电复位。图 3.3 为本设计的复位电路。该电路即可实现上电复位，又能实现手动复位。系统在得电开始运行前，由于电容 C3 充电， RST 引脚上为高电平，高电平持续时间是电容充电时间，充电时间大于两个机械周期则上电复位；单片机在正常工作时，按下复位按键 S1，则 RSE 引脚直接接在+5V 电源上，松手后恢复低电平，实现手动
36、复位。 S10uFC3+5VKRT图 3.3 复位电路燕京理工学院毕业设计（论文）14第 3.2 节 温湿度传感器电路DHT11 数字温湿度传感器它经常被用来测量环境的温湿度，之所以使用它是确保设计的产品测量数据的可靠性和准确性，DHT11 具有质量好、响应快、抗干扰能力强、性价比好等优点。另外，他还具有超小体积，低功耗，以及信号传输间隔长度能够达到 20 米以上的特点。在非常精确的湿度校准实验室校准每个 DHT11 传感器都要进行再次校准，用来确保 DHT11 温湿度模块的测量准确性以及可靠性，传感器的接口方式采用单线串行接口，之所以使用这样的设计方式是为了使系统变得简单快捷并且单排针 4
37、针组件产品，连接方便，可根据用户要求提供特殊包装格式 3。1.DHT11 的工作特点：相对湿度和温度测量全部校准，数字输出卓越的长期稳定性无需额外部件超长的信号传输距离超低能耗 4 引脚安装完全互换2.DHT11 应用领域暖通空调 气象站家 电 湿度调节器医 疗 除湿器测试及检测设备 汽车数据记录器 消费品自 动控制3. DHT11 数字传感器电源引脚以及串行接口电源电压：工作电压是 3V 到 5.5V，工作时候需要先等待一秒钟，其目的燕京理工学院毕业设计（论文）15是确保不稳定状态器件不发送任何的指令 3。串行接口：DATA 用于微处理器与 DHT11 之间的通信和同步，本设计采取使用单总线
38、数据形式，一次通讯市场大约为 4ms，其中数据分小数部分和整数部分，详细格式在下面说明，此时小数部分用来以后扩充，现在读取出为零。操作流程为一次完整的数据传输为 40bit，先出高位。数据格式：8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据+8bit 校验和数据传送正确时校验和数据等于“8bit 湿度整数数据+8bit 湿度小数数据+8 bit 温度整数数据+8bit 温度小数数据”所得最后数据的末 8 位 3。用户 MCU 发送一次信号之后，DHT11 将从低功耗模式转换到高速形式， 等候主机开始信号完毕后，DHT11 再发送相对应的信号，同时
39、送出 40bit 的数据，并触发一次信号采集，再次选择读取部分数据 3。在这个模式下，DHT11 接收到开始信号后触发一次温湿度采集，假如没有接收到主机发送开始信号，DHT11 不会自动开始温湿度采集。采集数据后转换为低速模式，过程如图 3.4 通信过程（1）所示：图 3.4 通讯过程（1）总线处于空闲模式的时候电平为高电平，主机会把总线拉低等待 DHT11 的响应，这时候的总线需要的时间超过 18ms，这样做是为了保证 DHT11 可以启动信号检测。当 DHT11 接收主机信号开始后，就开始发送 80s 低电平相应信号，等待 20 40s，才开始阅读 DHT11 响应信号。主机开始发送信号后
40、，可以切换到输入模式或者输出高电平模式，通过总线将上拉电阻，进程如图 3.5 通信过程（2）所示：燕京理工学院毕业设计（论文）16图 3.5 通讯过程（2）当总线为一种低水平的响应信号时候，DHT11 发送响应信号后，再把总线拉高 80us，开始发送数据，每一位数据都是以 50us 低水平时隙开始的，高电平的长短表明了数据位是 0 还是 1。（如图 3.6 数字 0 信号表示方法，图 3.7数字 1 信号表示方法）读高水平的响应信号，如果 DHT11 没有响应，请检查线路是否正常。最后一个 bit 数据传送完成后，DHT11 将会拉低总线 50s，然后总线的上拉电阻将会进入空闲阶段。图 3.6
41、 数字 0 信号表示方法数字 1 信号表示方法图 3.7 数字 1 信号表示方法燕京理工学院毕业设计（论文）17DHT11 数字温湿度传感器它经常被用来测量环境的温湿度，使用它的原因是因为它能够确保设计的产品测量数据的可靠性和准确性，它还具有超小体积，低功耗，以及信号传输间隔长度能够达到 20 米以上的特点。在非常精确的湿度校准实验室校准每个 DHT11 传感器都要进行再次校准，用来确保 DHT11 温湿度模块的测量准确性以及可靠性。产品为单排针 4 针组装，方便连接，特殊包装格式可根据用户要求提供。接口说明如图 3.8 DHT11 典型应用电路所示：图 3.8 DHT11 典型应用电路第 3
42、.3 节 光敏检测电路系统光强检测通过光敏电阻来实现，在外边天气光强不同时，光敏电阻的阻值会发生变化。光敏电阻还可以叫做光导管，制作中常用的材料有：硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等。这些材料具有很强的光特性，在一定波长的光照下，其产生的阻值立即发生变化。这种现象是产生的原因是由于光照会产生载流子，而这些载流子将会参与导电，使光敏电阻的阻值迅速的下降 11。光强检测电路如图 3.9 所示。光敏电阻与 47K 电阻串联，当光强较弱时，光敏电阻阻值较高，这时光敏电阻上端输出电压较高；当光强较强时，光敏电阻阻值较低，这时光敏电阻上端输出电压较低；光敏电阻上端输出电压为 V；输出电压 V 是
43、随光强变化的模拟量信号，需要进行电路处理才能被 I/O 口读取12。如图所示，输出的电压信号 V 通过两个电压比较器与两个阈值相比较得到两个电平信号，当电压信号 V 高于高阈值时，才认为光线较强；在电压信号 V低于第阈值时，才认为光线较弱。有效防止了使用一个阈值时，电压 V 在阈值附近时，电平信号震荡的问题。燕京理工学院毕业设计（论文）18电压信号 V 分别输入至两个电压比较器的负输入端和正输入端， R7 和 R10两个电位器分别为电压比较器提供一个可调的上限和下限电压阈值，然后在电压比较器输出端上拉一个 4.7K 电阻，电路即可正常工作。当电压比较器的正输入端电压大于负输入端时，输出高电平；
44、当电压比较器的正输入端电压小于负输入端时，输出低电平。电压比较器输出的电平信号送至单片机的 I/O 口，I/O口通过扫描即可获知外部的光线强弱。图 3.9 光敏检测电路其中 GL5528 电阻的各项参数是：最大电压（V-dc）：150 最大功耗（mW）：100 环境温度（C）：-30- +70 光谱峰值（nm）：540 亮电阻（10Lux）（K）:10-20 暗电阻（M）:1 10010：0.6 响应时间（ms）：上升：20 下降：30R2010kQ69013R21guangm inR19104VC CP1. 0燕京理工学院毕业设计（论文）19第 3.4 节 直流电机驱动电路3.4.1 L29
45、8N 基本参数（1）类型 ： 半桥；（2）输入类型 ： 非反相；（3）输出数 ：4；（4）电流-输出/通道 ：2A；（5）电流-峰值输出 ：3A；（6）电源电压 ：4.5 V 46 V；（7）工作温度 ：-25C 130C；（8）安装类型 ： 通孔；（9）封装/外壳 ：Multiwatt-15（垂直，弯曲和错列引线）；（10）供应商设备封装 ：15-Multiwatt；（11）包装 ：管件。3.4.2 L298N 简介L298 是由 SGS 公司设计生产的，其封装是采用 15 脚 Multiwatt 封装，其内部都配置了 4 通道逻辑驱动电路。可以作为一个两相步进电机，或者两个小型直流电机的驱
46、动器，使用极为方便。L298N 芯片可以作为一个四相电机和两个二相电机的驱动器，其控制电机的最大供电电压可达到 50V，输出控制电机的电压随着输入的电压的变化而变化，可以通过调节输入的电压来改变电机的控制电压；控制引脚可以直接连接在单片机的 I/O 上，可直接通过编程来改变 I/O 口输出电平来控制 L298N 的工作模式；并且所需的外围辅助器件非常少，控制极为方便 14。L298N 的逻辑电源 VSS 可接入的范围为直流 457 V，其逻辑控制口可接受 TTL 电平信号。芯片第 4 引脚 VS 可直接与电机的供电电源连接，其电机的供电电源 VS 是在2550 V 之间。最大可输出 25 A
47、供驱动电流，可以直接用来驱动阻性或感性负载。L298 芯片上的 OUT1，OUT2 是一组直流电机的接口，OUT3，OUT4 是另一组，本设计我们通过它来驱动一个小型直流电机。5 和 7 以燕京理工学院毕业设计（论文）20及 10 和 12 脚接入单片机的 I/O 口，通过输出不同的电平信号来控制直流电机的转向。ENA 和 ENB 为控制的使能端，也接入单片机的 I/O 口，可同过 I/O 输出 PWM 来控制电机的启动和、停止和转速。表 3.2 是 L298N 功能逻辑图。表 3.2 L298N 功能逻辑图ENA(ENB) IN1(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况H H L 正转H
48、L H 反转L X X 停止3.4.3 电机驱动电路本系统中，需要对一个电机进行方向和速度控制，将 IN1、IN2 和 ENA 分别连到单片机的 I/O 口 P2.2、P2.3、P2.4 上，通过改变 I/O 口的电平状态，实现电机的方向和速度控制。芯片供电电源 VSS 接+5V 逻辑电平，电机的动力电源VS 与也接+5V 输入，ISENA 和 ISENB 分别接地。芯片输出端口接电机两端，为了保护芯片，防止电流回流，在 OUT1，OUT2 两端分别接上续流二极管1N4007。为了滤除电机干扰，在电源上加入了一个 100UF 和一个 104 进行滤波 9。具体电路如图 3.10 所示。 IN1
49、527304EA6BGD8VS9OUTMotr+C.uFP图 3.10 电机驱动电路燕京理工学院毕业设计（论文）21第 4 章 控制系统设计第 4.1 节 程序流程图系统软件设计采用结构化和模块化的设计方法，原因是因为这样很容易编译，调试过程 1。然后根据设计要求，以及前端控制系统硬件设计的具体条件进行说明，设计软件基于单片机控制，其中单片机控制系统软件程序流程图如图 4.1 所示：图 4.1 程序流程图结束否否打开晾衣架打开按钮是否按下关闭按钮是否按下打开限位是否闭合关闭限位是否闭合关闭晾衣架中止动作是 是否是 是系统是否是智能模式光线明暗湿度大小打开晾衣架 关闭晾衣架亮或湿度小 暗或湿度大是否燕京理工学院毕业设计（论文）22第 4.2 节 程序设计C 语言是计算机程序设计语言的一种，它处于机器语言与高级语言之间，它不仅具备机器语言的特点，同时又具备高级语言的特点。C 语言 1972 年产生于美国，它是由贝尔研究所的 D.M.Ritchie 推出的。在此之后，各种不同类型的计算机都被移植成为 C 语言。C 语言不仅能够编写工作系统和控制
