1、2011-2012德州仪器 C2000及 MCU创新设计大赛项目报告题 目： 基于 TMS320F28027的智能晾衣架 学校： 深圳大学 指导教师： 曹广忠（博士，教授） 组别： 专业组 应用类别： 先进控制类 平台： C2000 参赛队成员名单：崔猛，在读研究生， 张杰，在读研究生, 陈建秋，在读本科生，李寒逸，在读硕士， 黎永杨，在读硕士， li_yong_视频文件观看地址（若未拍摄，请注明）：未拍摄视频邮寄地址和收件人联系方式：邮寄地址：广东省，深圳市，南山区，深圳大学，南区机电大楼，实验室 S821收件人：崔猛 联系方式：13590139295基于 TMS320F28027 的智能晾
2、衣架摘要：本设计拟开发一种智能感应晾衣杆系统，此晾衣杆是以 TMS320F28027为主控芯片来控制的实时精确检测系统该系统使用 DHT11温湿度传感器来检测大气的湿度，通过光敏电阻来采集光照强度，然后通过 DSP处理信息来控制电机达到寻找光照区间，以最高效率完成晾干衣服的工作。本系统采用太阳能板供电，并能将多余电量存储下来，达到绿色低碳的效果。Abstract：The design intends to develop an intelligent drying clothes rail system, the clothes rod is dominated by TMS320F28027
3、 chip which can immediately detect the temperature and the light intensity . The system uses DHT11 to detect the atmospheric humidity and collects light intensity by photosensitive resistance and then reachs the goal of finding light interval to dry the clothes in order to work most efficiently by D
4、SP which controls motor. The system gets its electricity from the solar energy panel and it can save the extra energy which is low carbon and environmentally friendly.1、引言晾衣架我们每天使用的家居用品。一直以来，人们都习惯于把洗好的衣服放到太阳下面晒干，可是当我们在阳光明媚时候把衣服晾出去，恰好我们又要出门，天气阴沉下来，衣服很难晾干，让人十分烦恼，所以我们希望有一个“活”的晾衣杆，在我们不在家而天气转阴下雨时，它能帮我们把衣
5、服晾干本设计芯片采用的是德州仪器的 TMS320F28027 ，基于太阳能充放电的晾衣杆根据天气变化进行智能运作，为人们解除苦恼。太阳能智能衣架是在普通衣架的设计上增添了绿色环保的供电系统，太阳能板发电，给18650蓄电池组充电，再经过稳压模块给整个系统供电。 DSP 依其高速的运算速率，精确判断衣服干湿情况，具备当衣服干了马上停止工作的能力。而且用电机带动衣架上升下降并跟踪阳光移动，使衣服最大限度的暴露在阳光当中，如果空气湿度过高，能自动开启风扇对衣服进行风干。这几种功能主要是其智能化的体现。在国内，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能小区”概念，而是基于小区的多层次家居智能
6、化解决方案。它综合利用计算机、网络通讯、家电控制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及消费服务、小区安防监控等家居生活有效地结合来，在传统“智能小区”的基础上实现了向家的延伸，创造出高效、舒适、安全、便捷的个性化住宅空间，而且现在的产品都向着绿色低碳的方向发展，例如太阳能热水器，风能水能发电，电动汽车等等。随着高科技和信息技术的广泛应用，安全、舒适、便利的生活环境已经不再是一个遥远的梦想。由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活环境，因此已经成为房地产商追逐的热点。在未来，没有智能家居系统的住宅将像今天不能上网的住宅那样不合潮流。相信不远的将来，智能家居一定会更好地造
7、福人类。所以身为其中家居用品一份子的晾衣架是很有潜力在这方面山发展的，我相信不久的将来传统简单的晾衣架在科技的飞速发展下一定可以成为一颗耀眼的明星，让人们一改对以往操作简单，样式普通的晾衣架的看法。 而太阳能智能晾衣架不仅满足家居智能化的要求，而且在这个还有很大发展潜力的行业中必定具有很大的潜力。2、系统指标充分利用太阳能进行供电，使能 DSP、传感器并驱动电机以及风扇。利用太阳能给蓄电池充电，不再使用家用电，达到节能低碳环保的效果。系统采用数字温湿度传感器、称重传感器、光敏电阻采集数据，利用 DSP高速的运算处理速度，将数据实时精确地计算出来，返回给芯片使之更及时的进行下一步动作，驱动电机使
8、晾衣架自动上下运动，以及晾衣杆的转动，达到自动寻找光源，收回衣物的一系列性能指标。将系统的运行状态以及数据信息及时的呈现给用户，使得衣物的干湿情况一目了然。3、系统方案1）整个系统框架图 1所示：图 1 系统设计方案本系统电源是由太阳能板对蓄电池充电，然后蓄电池经过稳压模块分别对DSP与其他外接硬件供电。在天气明朗的时候能有效的储蓄一定电量，待阴雨天气衣服较难干时，启动系统的自动控制，使衣服能够尽快的晾干。由外接传感器采集一定的数据并分析已达到智能控制电机转动，同时由显示屏显示外界基本情况，以及系统的运行情况。2）系统达到智能控制的基本流程如图 2：图 2 系统数据采集流程3、1 太阳能板供电
9、模块系统电源是由太阳能板对蓄电池充电，然后蓄电池经过稳压模块分别对DSP与电机、风扇直接供电。在天气明朗的时候能有效的储蓄一定电量，待阴雨天气衣服较难干时，启动系统的自动控制，使衣服能够尽快的晾干。图 3 太阳能供电系统本系统是由太阳能供电，用 18650锂电池组作为蓄电池,如图 3所示。太阳能板在正常日照下能提供 18V的电压，1.27A 的电流，通过升降压模块，我们将太阳能板提供的电稳定在 18V，给锂电池充电，同时，也给系统供电，锂电池经过锂电保护板，能使四个 18650电池均衡获得 4.3V的充电电压，同时防止输出过电流、短路及过充电、过放电对电池的损伤。当外围没有太阳的时候，或者太阳
10、不够强烈的时候，则由锂电池组给系统供电，输出的 18V直流电再经过降压稳压到 12.5V，给开发板和电机风扇供电。3、2 数据采集模块1）本系统数据采集模块包括温湿度传感器模块，光敏电阻模块，称重传感器模块。利用数字温湿度传感器 DHT11结合 TMS320F28027高速的处理速度使得实时性更强，测量湿度数据更精准。DATA 用于微处理器与 DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4ms左右,数据分小数部分和整数部分,具体格式在下面说明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完整的数据传输为40bit,高位先出。数据格式:8bit湿度整数数据+8bit湿
11、度小数数据+8bi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+8bi温度整数数据+8bit温度小数数据”所得结果的末8位。DHT11时序图4如下：图 4 DHT11时序图由主机触发传感器，可以得到传感器响应信号如图 5：图5 DHT11响应信号由于DHT11是单总线的，只将DATA线与DSP的一个GPIO口相连接即可。使用Cputimer定时器定时进行数据采集，采用DSP的eCAP功能，当传感器开始发送数据时，eCAP及时作用，并在eCAP中断服务程序里发生作用，捕获到的高低电平更精准。但又因为此款芯片的资源较少，
12、只有一个捕获中断服务程序，而本系统中，需要至少三个传感器，因此使用三个湿敏传感器选用数据选择器图 6，使它们轮流在同一个捕获中断里工作。图6 4选1数据选择器这样在Cputimer0中断里来切换传感器，使之轮流工作下去。由于正常情况下温度湿度都是缓慢变化的，DSP速度很快，及时传感器不同时工作，一样不影响传感器采集数据的准确性。选用三个湿敏传感器，其中一个放在阳台上，用来实时监测室外的湿度情况（外界湿度也设一个阙值） ，并用做开关量，另外两个放在衣架左右，实时监测衣服的干湿情况。工作情况如下：首先由衣架上的传感器检测衣服的干湿情况，如果检测到衣服已经干了，则停止所有的工作（包括光强信号的采集过
13、程） ，并通过蜂鸣器鸣笛 3次；若果衣服没干，则首先要判断是上午还是下午晚上，在由阳台上的光敏电阻检测外面的光照强度。如果检测的太阳光强度 L1大于规定阙值的话，准备电机转动。若光线不强，或者是阴天，衣服未干，则不通过光敏电阻采集数据，而是直接开启风扇，使衣服快速风干。2）本系统重点工作放在随光强变化驱动电机运动，使其达到预期效果。由光强公式可知，光强一样是指说单位时间单位面积的金属接受的能量一样，光子数可以不同。本系统使用的是光敏电阻受光强影响产生的模拟电压值变化，通过 DSP的两路 A/D通道转化成数字量进行比较。图 7 光敏电路对于光敏电阻，经过很多测试，获得不同情况下受光照电阻的变化（
14、上午中午下午，阴天等） ，从而得出电压的模拟输出，图 7为所测试电路。系统规定一个阙值，如果检测的太阳光强度大于这个阙值得话，才能准备电机转动（这些工作都在衣服没干情况下并且外面湿度不大于阙值时） ，这个传感器放在于阳台始终朝阳处，以便得到最大光强。衣架上的传感器采集的值与阳台上传感器采集的值对比：情况 1：如果在两者差值上下浮动 5%的时候，使之保持原来状态，电机不工作；情况 2：如果差值大于 5%，则使电机获得信号转动，若是上午的话，就使晾衣架缓慢向下降，并实时监测此时衣架上传感器信号的值与阳台上的对比，比较值在 2%左右的时候就使电机停止转动；若是下午的话就使衣架上升，同样上面的操作。电
15、机上升和下降到衣架所规定的行程范围内的最大值，则衣架会触碰到绑定在衣架右边的行程开关，触碰之后自动关闭电机。当阳台上的传感器检测到的光强小于设定好的阙值时，电机不工作。3）考虑到目前设计的智能衣架架构还不完善，本系统安装称重传感器。防止湿衣服太重，压坏衣架。如果重量超过额定值时，会及时报警提示用户。3、3 电机驱动模块电机驱动模块是由光敏采集的数据作为依据，由于阳台的光照情况在早上下午和晚上各有不同，早上和下午阳台有光照，而晚上没有光照，所以晚上电机就不需要带动衣架寻找光照区间；早上和下午的光照情况也有所不同，早上到中午这段时间阳台的光强区间是由上到下移动，而下午是相反，所以电机驱动寻找光照区
16、间要分为三个模式，早上，晚上和下午模式。早上和下午模式寻找光照区间的原理是根据晾衣杆上装一个光敏电阻，采集处理得到的电压值与阳台上传感器采集获得电压值比较，从而自动的驱动电机。本系统采用 L298N驱动模块，如图 8所示 图 8 L298N原理图运用此驱动模块结合 DSP的 ePWM功能实现对电机变速调制。由于本系统的设计要求，将电机安置在衣架底部用来拉动晾衣绳的上下运动，如图 9为此电机的驱动流程。开始判断早午晚模式电机拖动衣架上升触碰行程开关 1光敏 1 数据 光敏 2 数据早上模式下午模式电机拖动衣架下降触碰行程开关 2光敏 1 数据 光敏 2 数据电机拖动衣架下降 电机拖动衣架上升电机
17、关闭休眠 3 0 分钟触碰行程开关 2 触碰行程开关 1晚上模式结束YNYNNYNNYNY Y图 9 衣架底部电机驱动流程图安装在顶部的电机用来旋转衣架，同样可以直接按键盘自动调节晾衣杆位置。考虑到用户阳台背阴的家庭，方便晴天时将衣杆旋转出阳台，不断借助风的作用吹干衣服；天气不好时可以按键锁定此电机不做动作。此电机工作流图10 如下图 10 衣架顶部电机驱动流程图3、4 人机界面模块此模块包括 LCD液晶显示屏和键盘，本系统选用 LCD 2004A液晶显示屏，上下四排显示，能够充分所需要数据。显示屏主要用于显示外界温湿度，光照强度，衣物重量，时间，衣物干湿情况，及时呈现给用户，如图 9：图 9
18、 LCD与 DSP连接示意图对于输入键盘，采用 3*4矩阵键盘，主要用于设定时间，开启或锁定顶部电机。图 10 键盘设计示意图TMS320F28027芯片片上资源较少，I/O 口不足，所以本系统设计 83线编码器，使利用 DSP三个 I/O接口即可以完成键盘的数据录入，节约了资源，使F28027的资源利用的更加充分。3、5 衣架外形设计衣架外形我们采用不锈钢作为支架，每一个部分都做成插拔件，方便运输及安装,同时本衣架可以根据自家阳台的高低，空间的大小来调节衣架的高度以及摆放位置。电机卷线部分我们在金工坊自行加工一个联轴卷线器A、联轴器的设计 B、联轴器的制作C、联轴器的安装 D、滚轮设计E、风
19、扇 F、传感器放置4、结论与创新点本系统所用到的 TMS320F28027芯片，功能强大，经过仔细思考合理利用每一个资源，使得这个系统得以实现。将晾衣架加入了自动控制的系统，使衣架向家居智能化跨出了一步。 1) 太阳能智能晾衣架用电机带动衣架升降，考虑到用户阳台处于背阴的家庭，也可以使晾衣杆旋转，在不朝阳的情况下通过在阳台外充分接受风的作用而晾干，还方便了衣架的摆放。2) 衣架能自动寻找光照区间，使得衣服更充分的暴露在阳光当中，湿度过高时还会开启风扇对衣服风干，能比较有效地解决天气潮湿衣服不能晾干的生活问题。3) 太阳能智能晾衣架自备供电系统，供电系统是由一块以太阳能板为发电源自制电路控制为稳压源的供电模块，完全可以脱离日常生活供电独立工作。达到绿色低碳的要求。4) 太阳能智能晾衣高度可以调节，其调节高度为 1.9米到 2.1米，适合不同高度房屋摆放，并且是可拆装式的，方便运输，摆放。
