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基于单片机的智能晾衣系统设计

news 文章来源：https://blog.csdn.net/weixin_45905610/article/details/141169599 2024/9/22 11:29:29

摘要：在网络信息技术的推动下，智能家居得到了广泛应用，文章根据当前的市场动态，针对基于单片机的智能晾衣系统设计展开论述，具体包括两个方面的内容———硬件设计和软件设计。

关键词：单片机；智能晾衣系统；硬件设计；软件设计

引言

结合当前晾衣架系统研究发展现状，本文设计了一种智能晾衣架系统，可以帮助人们摆脱传统繁琐的晾衣程序。本次系统操作十分简单，占地空间比较小，具有美观实用的特点。本文主要从硬件设计和软件设计两个方面进行论述，为当前单片机的智能晾衣系统进一步优化设计提供借鉴。

1 硬件设计

本次单片机采用了光照和雨滴两个天气信号，然后控制旋转衣架。整个系统主要利用步进电机进行控制，在天晴的时候，可以把衣架转出，进行衣物的晾晒；在没有阳光或者在下雨的时候，就会自动转到室内，防止衣服被淋湿。

1.1 整体设计图

本次整体设计图如图 1 所示，整个系统在实际运行过程中，利用光照传感器和雨滴传感器感知周围的天气，然后进行判断，做出相应的动作。设计人员设计出光照和雨滴的阈值；单片机就会控制衣架来回转动，从而实现智能控制。

1.2 光照传感器

为了对外部光照强度进行精准的测量，保证系统正常运行，在本次设计中，主要利用光敏电阻测量光照，随着光照逐渐的增强，光敏电阻逐渐减小，通过实际测量，可以分析光敏电阻的电子变化范围。在光照强度增强到很大的情况下，光敏电阻就会达到几百兆欧姆。在黑暗的条件下，光敏电阻的阻值为几兆欧姆。为了实现最为理想控制效果，保证光敏电阻阻值与实际操作向匹配，本次设计采用 10K 电阻，作为上拉电阻。根据实际实验的情况，在光照强度达到很大的条件下，光敏电阻值就非常小；在光照强度达到很小的条件下，就是周围非常黑暗，光敏电阻值就会很大。电压信号输出以后，通过电容滤波，就会保证信号波形更加平滑，提升了单片机信号处理的速度，避免由于光照强度不稳定导致系统出现误判的问题，如图2 所示。

1.3 雨滴传感器设计

这种传感器又被称为雨滴检测传感器，主要是为了是否下雨、对雨滴冲击量、静电电容量以及光亮变的进行精确的检测，为系统做出下一步的动作提供帮助。在本次系统使用的雨滴传感器中，一旦有雨滴滴落在检测极板上，相应的电阻就会出现新的变化，传感器就会对输出的电压进行检测。在雨滴传感器运行过程中，主要利用上拉 10K 电阻的方式，把电阻变化转化成电压变化，实现信号的调控。通过 LED的指示说明，可以明确整个电路运行的基本情况。如图 3 所示。

1.4 衣架位置传感器

本次设计主要采用红外传感器对衣架的具体位置进行判断，在衣架运动到红外传感器范围内，红外传感器就会发出信号，单片机就会读取衣架的具体位置。为了保证信号能够正常运行，本次设计在室内和室外分别安装一个红外检测传感器。在衣架位于室内时，为了保证位置在相应的范围内，红外传感器就对衣架的位置进行判断，防止出现移动过度或者不到位的问题。

1.5 STM32 控制器

STM32 控制器性能很强，可以投入少量的成本，属于一种低耗能的单片机。本次设计主要采用 STM32F103C8T6 单片机。在 STM32 系列单片机运用过程中，主要采用集成 AD模块，通过控制器运行，就能实现 AD 转化和音频数据编码，对红外发射电路进行控制。

1.6 步进电机驱动电路设计

本次系统步进电机主要采用 ULN2003 驱动，具有耐高压和高性能的特点，主要由 NPN 复合晶体管组成，芯片运行原理图如图 4 所示。

在单片机运行过程中，主要利用 IO 控制输出驱动，进行信号输入。ULN2003 输出的信号就会传输到步进电机的引脚上。如图 5 所示。

1.7 液晶显示屏

本次设计主要采用 Nokia5110 液晶，具有很高的性价比，接口简单便利，效果好，稳定性比较强。

2 软件设计

本次软件设计主要采用 C 语言。根据只能晾衣系统的要求，单片机会自动采集光照和雨滴两个天气信号，通过步进电机衣架的旋转，在天气晴朗没有下雨的条件下，系统就会把衣架转到室外，进行衣物的晾晒；在没有阳光、下雨的条件或者天黑的条件下，系统就会把衣架转到室内，防止被雨淋湿。

2.1 系统整体分析

如遇下雨天气，系统动作会进行转移到室内的操作；如遇未下雨阳光充足的天气，则将进行转移到室外的操作。系统会根据天气情况，做出相应的动作，为人们提供便利，减少了人为的操作。

2.2 软件算法

经过系统初始化、外设初始化计算以后，设计人员主要根据阳光与雨滴设计相应的阈值，从而进一步分析光照强度和雨滴强度，让系统做出判断，是否出去晾晒。在阳光强度没有达到要求、下雨以及天黑等条件下，系统不会晾晒衣物。但是根据系统实际运行的情况，需要进行定期的检查，防止被东西卡住。算法流程图如图 6 所示。

2.3 软件容错处理

本次系统主要采用时间累计的方式，对系统故障进行判断，根据实际实验的结果，衣架从而完成整个移动动作的时间大概为 20 秒，一旦累计时间超出了设计的时间（ 30 秒），证明衣架位置传感器没有检测到衣架的位置，说明出现了故障，需要维护人员及时调整。

3 结束语

综上所述，通过对单片机智能晾衣系统的设计分析，系统会根据外面的天气情况做出转移到室内和转移到室外的动作，真正实现了无人操作，满足智能家居的设计要求。为了满足实际使用的要求，在未来设计中，还可以增加前后伸缩和上下伸缩的设计，不断完善现有系统性能，为客户提供更加便利的服务。

引言