基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的畢業(yè)論文

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1、 Foshan University 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)：

2、 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱） 二〇 年 月 摘 要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，現(xiàn)在人們的生活追求個(gè)性化、自動(dòng)化，追求快節(jié)奏，追求充滿樂趣的生活方式，家裝要求的檔次越來越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技術(shù)在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，伴隨著智能家居的快速發(fā)展，晾衣工具的智能化發(fā)展明顯落后與其他家用器具智能化發(fā)展之后，現(xiàn)在己經(jīng)引起社會(huì)的很大關(guān)注。本論文為了把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，順應(yīng)時(shí)代主題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能晾衣架系統(tǒng)。 采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照

3、、雨滴兩個(gè)外部天氣信號(hào)，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽(yáng)光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。其中光照傳感器采用光敏電阻，雨滴傳感器采用LY-69雨滴檢測(cè)傳感器，控制硬件采用步進(jìn)電機(jī)，按鍵電路設(shè)定光照和雨滴的閾值，5110液晶顯示感測(cè)量和設(shè)定值，及工作狀態(tài)。 通過設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)調(diào)試完成了基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞：智能晾衣；光照；雨滴；單片機(jī) Design of intelligentclothessystem based on MCU （英文姓名） Abstract With

4、the development of socio-economic level, peoples lives are now seeking personalized, automated, fast-paced pursuit, the pursuit of fun lifestyle, more and more high-end home improvement requirements, life at home humane, intelligent control requirements make intelligent smart home technology has bee

5、n widely used in electronic products, along with the rapid development of intelligent home and intelligent development tools significantly behind laundry after the development of intelligent appliances and other household now has aroused great concern in society. In this paper, in order to grasp the

6、 market, adapt to the times theme, design and implementation of intelligent systems racks. MCU collected light, Raindrop two external weather signals and MCU control via rotating racks, hangers be adjusted by rotating the stepper motor, when the external sunny and no rain, it will turn out racks, d

7、rying clothes; when it rains or when there is no sunlight, back to the room, to prevent rain wet, or it was dark. Light sensor which photoresistor, rain sensor LY-69 raindrop sensor, stepper motor control hardware, lighting and raindrops key circuit set thresholds 5110 LCD sense measure and set valu

8、es, and work status. Through the design and commissioning of smart laundry experimental system based on single chip. Key words：Intelligent laundry; illumination; raindrop; MCU 目 錄 1 引言 5 1.1 課題研究背景與意義 5 1,2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 5 2 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6 2.1 整體設(shè)計(jì)框圖 6 2.2 光照傳感器 6

9、 2.3 雨滴傳感器 7 2.4 衣架位置傳感器 8 2.5 STM32控制器 8 2.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 12 2.7 液晶顯示屏 12 2.8 按鍵電路 13 3 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 14 3.1 系統(tǒng)分析 14 3.2 軟件算法 14 3.3 軟件容錯(cuò)處理 15 4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試 15 5 結(jié)論與展望 16 參考文獻(xiàn) 17 致謝 18 附頁(yè)1 19 附頁(yè)2 20 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 1 引言 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，現(xiàn)在人們的生活追求個(gè)性

10、化、自動(dòng)化，追求快節(jié)奏，追求充滿樂趣的生活方式，家裝要求的檔次越來越高，生活家居人性化、智能化的要求使智能控制技術(shù)在智能家居電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，它不僅優(yōu)化人們的生活方式和居住環(huán)境，而且方便人們有效地安排時(shí)間和節(jié)約各種能源，實(shí)現(xiàn)了家電、照明、窗簾控制和防盜報(bào)警、定時(shí)控制及電話遠(yuǎn)程控制等。伴隨著智能家居的快速發(fā)展，晾衣工具的智能化發(fā)展明顯落后與其他家用器具智能化發(fā)展之后，現(xiàn)在己經(jīng)引起社會(huì)的很大關(guān)注。本論文為了把握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，順應(yīng)時(shí)代主題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了智能晾衣架系統(tǒng)。 1.1 課題研究背景與意義 基于現(xiàn)在晾衣架發(fā)展現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種能幫助人們擺脫原始操作的智能晾衣架。本新型晾衣架主要特

11、點(diǎn)在于：可以伸縮，操作簡(jiǎn)單，占地面積小，美觀實(shí)尸構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。同類產(chǎn)品雖有可收縮式的，但屬組裝而成，操作比較麻煩，而本晾才架只需按下打開按鍵，衣架桿即可自動(dòng)伸展開來。同時(shí)晾衣架能識(shí)別晴雨天氣一自動(dòng)完成收衣服功能的目的。晴雨智能晾衣架能有效地避免在下雨時(shí)，衣服無人收起而被雨淋濕;或在天色變晚時(shí)，衣架能自動(dòng)收回，避免衣服在外面過夜。 1,2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在中國(guó)各大中城市以及農(nóng)村普遍是將衣物晾曬于陽(yáng)臺(tái)內(nèi)部或外部，而傳統(tǒng)的晾曬衣物方式是陽(yáng)臺(tái)內(nèi)天花板下設(shè)置有鋼筋掛鉤，鉤卜通常是掛有竹桿或其它桿體。人們通常習(xí)慣于用一支撐桿將衣物支撐到晾衣桿晾曬，這樣晾曬衣物費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且布置鋼筋及竹桿與當(dāng)今現(xiàn)代化建筑

12、結(jié)構(gòu)的陽(yáng)臺(tái)也不搭配、有失雅觀。另外，家庭通常大都是老人晾衣物，因此，傳統(tǒng)的支撐曬衣、收衣不僅是費(fèi)神費(fèi)力，而目.容易扭傷筋胃或支撐不順扎傷人體。正因傳統(tǒng)晾曬衣方式有眾多的不便，后出現(xiàn)手搖晾衣架，手搖晾衣架改變了支撐晾衣架的傳統(tǒng)習(xí)慣，同時(shí)也給眾多家庭帶來了更多的方便。但手搖晾衣架需設(shè)置多個(gè)機(jī)械裝置和支撐點(diǎn)，同時(shí)需多根網(wǎng)線布置來帶動(dòng)其晾衣桿上下升降。由幾支撐點(diǎn)及多根網(wǎng)線的布置，手搖式晾衣架給原本漂亮的陽(yáng)臺(tái)增添了不美的因素。其次，手搖晾衣架的升降每次都要人工轉(zhuǎn)換接頭，目.需要人力搖動(dòng)慢慢將桿升降，若晾桿承載的衣物重量過大，搖上去既費(fèi)力又容易傷手。因此，手搖晾衣架雖然改變傳統(tǒng)支撐晾衣的不便，但沒有徹底改

13、變費(fèi)神費(fèi)力的根本狀態(tài)。人們期望著一種更方便更美觀的新型晾衣架的出現(xiàn)。 1.3 課題研究?jī)?nèi)容 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要采用單片機(jī)作為控制中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)晾衣的功能，并根據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，具體性能和指標(biāo)如下： （1） 智能晾衣桿全自動(dòng)工作，可實(shí)現(xiàn)無人操控 （2）晾衣桿只有兩個(gè)位置，伸出去，縮回來 （3）位置檢測(cè)：晾衣桿伸出去時(shí)，到達(dá)指定位置能夠停下來 （4）軟件容錯(cuò)處理：晾衣桿伸縮過程中遇到各種障礙，能夠通過軟件容錯(cuò)處理來停止 （5）光敏傳感器：天黑時(shí)候?qū)⒁路栈貋?，天亮?xí)r候或者陽(yáng)光猛烈的時(shí)候伸出去晾曬 （6） .雨滴傳感器：下雨的時(shí)候?qū)⒁路栈貋?

14、（7）參數(shù)靈敏度調(diào)節(jié)（動(dòng)態(tài)設(shè)置）：按鍵+液晶顯示 （8）供電：5V電源供給單片機(jī)、電機(jī) 2 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、雨滴兩個(gè)外部天氣信號(hào)，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽(yáng)光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。 2.1 整體設(shè)計(jì)框圖 控制總體款圖如下圖2.1所示，通過光照傳感器和雨滴傳感器感知外部天氣的光照和雨滴情況，按鍵設(shè)定光照和雨滴的閾值，衣架位置傳感器采集衣架所在位置，最后單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，將衣架來回于室內(nèi)室外。 圖2.1 總體設(shè)

15、計(jì)款圖 2.2 光照傳感器 為了對(duì)外部光照強(qiáng)度的測(cè)量，論文采用光敏電阻對(duì)光照進(jìn)行測(cè)量，如圖2.2.1所示光敏電阻，此光敏電阻是負(fù)參數(shù)的光敏電阻，也就是說光照增強(qiáng)后電阻阻減小，我們通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到光敏電阻的電子變化范圍在幾百歐姆到幾兆歐姆之間變化，當(dāng)光強(qiáng)度很大時(shí)，光敏電阻的阻值可達(dá)幾百歐姆，當(dāng)在黑暗的環(huán)境中時(shí)，測(cè)量光敏電阻兩端的阻值，可達(dá)幾兆歐姆的電阻。 圖 2.2.1 光敏電阻 為了實(shí)現(xiàn)與光敏電阻的阻值想匹配的電阻，我們采用10K的電阻進(jìn)行上拉電阻。通常情況下，光敏電阻的阻值在千歐姆上，所以當(dāng)光照強(qiáng)度很大時(shí)，光敏電阻的阻值很小，進(jìn)行圖2.2.2電路后輸出的信號(hào)就是很小的電壓信號(hào)；

16、當(dāng)光照強(qiáng)度很小時(shí)，即黑暗情況下，光敏電阻的阻值很大，進(jìn)行圖2.2.2電路后輸出的信號(hào)就是接近供電電源的電壓3.3V。在電壓信號(hào)輸出后，采用104電容進(jìn)行濾波，已得到更平滑的信號(hào)波形，方便單片機(jī)對(duì)信號(hào)的處理，不會(huì)因?yàn)楣庹盏牟环€(wěn)定，而導(dǎo)致誤判。 圖2.2.2 光照測(cè)量電流 2.3 雨滴傳感器 雨滴傳感器又叫雨滴檢測(cè)傳感器，用于檢測(cè)是否下雨及雨量的大小，如圖2.3.1所示。雨滴傳感器的種類有：（1）根據(jù)雨滴沖擊能量的變化進(jìn)行檢測(cè)；（2）利用靜電電容量變化進(jìn)行檢測(cè)；（3）利用光亮變化進(jìn)行檢測(cè)。 本論文采用的圖2.3.1雨滴傳感器檢測(cè)雨滴，當(dāng)雨滴滴到檢測(cè)極板上時(shí)，檢測(cè)極板的電阻就會(huì)發(fā)生變化

17、，通過上拉電阻就可以檢測(cè)極板輸出的電壓變化。 圖2.3.1 雨滴傳感器 如圖2.3.3所示的是雨滴傳感器的電路圖，通過上拉10K電阻將雨滴傳感器的電阻變化得到電壓變化，最后通過運(yùn)放實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理，還有LED的指示可以清楚的了解電路工作情況。 圖2.3.2 雨滴傳感器電路 2.4 衣架位置傳感器 為了識(shí)別衣架位置，我們采用紅外傳感器進(jìn)行判斷衣架的位置，當(dāng)衣架運(yùn)動(dòng)到紅外傳感器可以檢測(cè)的范圍內(nèi)時(shí)，紅外傳感器就輸出一個(gè)變化的信號(hào)，通過單片機(jī)讀取后就知道衣架現(xiàn)在運(yùn)動(dòng)到什么位置了。實(shí)物圖如圖2.4.1所示。 圖2.4.1 紅外檢測(cè)傳感器 如圖2.4.2所示，三極管Q采用9013

18、小功率三極管，單片機(jī)通過IO口驅(qū)動(dòng)三極管的b極，通過1K電阻進(jìn)行限流，防止電流過大燒毀三極管和單片機(jī)。 紅外接收管的工作功率為75mW，開啟電壓0.39V，為了實(shí)現(xiàn)接收，采用如圖2.4.3所示，NE5532運(yùn)放作為電壓跟隨器跟隨接收管上電壓的變化，單片機(jī)通過IO口中斷讀取數(shù)據(jù)，通過10K電阻進(jìn)行限流，防止電流過大燒毀三極管。 圖2.4.2 紅外發(fā)射電路 圖2.4.3 紅外接收電路 我們分別在室內(nèi)和室外兩個(gè)地方各安裝一個(gè)傳感器，當(dāng)衣架運(yùn)動(dòng)是室內(nèi)時(shí)，為了不讓衣架運(yùn)動(dòng)過度，通過紅外傳感器檢測(cè)到衣架后，將衣架停止。當(dāng)衣架運(yùn)動(dòng)是室外時(shí)，為了不讓衣架運(yùn)動(dòng)過度，通過紅外傳感器檢測(cè)到衣架

19、后，將衣架停止，晾曬衣物。 2.5 STM32控制器 STM32系列單片機(jī)是一款高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用的單片機(jī)，它的內(nèi)核是ARMCortex-M3。ST公司對(duì)STM32進(jìn)行了產(chǎn)品劃分，按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103屬于增強(qiáng)型系列和STM32F101是基本型系列。增強(qiáng)型STM32F103系列的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可達(dá)到72MHz，是同類中低端產(chǎn)品中性能是屬于最高的一款產(chǎn)品。STM32F101基本型的系統(tǒng)時(shí)鐘頻率是36MHz，它的16位產(chǎn)品比其他公司的16位產(chǎn)品在價(jià)格上有大幅提升了性能，是16位單片機(jī)用戶的最好的選擇。STM32F103與STM32F101系列都內(nèi)置32K到

20、128K的閃存，所不一樣的是SRAM的最大容量是和外部設(shè)備接口的組合。當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率為72MHz時(shí)，單片機(jī)從內(nèi)部閃存位置開始執(zhí)行初始代碼，STM32總的系統(tǒng)功耗36mA，是32位單片機(jī)市場(chǎng)中功耗最低的一款產(chǎn)品，電流頻率比為0.5mA/MHz。圖2.5.1是STM32F103C8T6的實(shí)物圖。 圖2.5.1 STM32F103C8T6 STM32F103C8T6總共有48個(gè)引腳，PA0—PA15端口A15個(gè)、PB0—PB15端口B15個(gè)，2個(gè)外部晶振引腳OSC_IN、OSC_OUT，1個(gè)復(fù)位引腳NRST，2個(gè)32.768K的實(shí)時(shí)時(shí)鐘晶振引腳，BOOT0程序驅(qū)動(dòng)腳。VDDA、VDD_1、

21、VDD_2、VDD_3與VSS、VSS_1、VSS_2 、VSS_3總共8個(gè)電源引腳，包括模擬供電電源。內(nèi)核采用ARM 32位的Cortex-M3，最高72MHz工作頻率，單周期乘法和硬件除法；存儲(chǔ)器采用從64K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)器，高達(dá)20K字節(jié)的SRAM；時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理采用3.6伏供電和I/O引腳，上電/斷電復(fù)位(POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測(cè)器(PVD)，8MHz晶體振蕩器，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的8MHz的RC振蕩器，內(nèi)嵌帶校準(zhǔn)的40kHz的RC振蕩器，產(chǎn)生CPU時(shí)鐘的PLL，帶校準(zhǔn)功能的32kHz RTC振蕩器；低功耗模式有睡眠、停機(jī)和待機(jī)模式，VBAT為RTC和后備寄存器供電；2個(gè)

22、12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間(多達(dá)16個(gè)輸入通道) ，轉(zhuǎn)換范圍：0至3.6V，雙采樣和保持功能，還有內(nèi)部溫度傳感器；內(nèi)部共有7通道DMA控制器，支持的外設(shè)有3個(gè)定時(shí)器、ADC、SPI、I2C和USART等；調(diào)試模式可選擇串行單線調(diào)試(SWD)和JTAG接口。如圖2.5.2所示。 圖2.5.2 引腳圖 圖2.5.3與圖2.5.4是STM32F103C8T6的外部時(shí)鐘，本方案采用8M外部晶振，進(jìn)過內(nèi)部9倍頻后得到72M系統(tǒng)時(shí)鐘，圖5與圖6中的30pF電容與10pF電容為晶振的啟動(dòng)電容，不能偏大也不能偏小，鏈接8M的晶振上經(jīng)典值電容應(yīng)該選擇30pF，32.768K晶振上的電容最大不能超過

23、15pF，晶振連接圖如圖所示。 圖2.5.3 8M時(shí)鐘 圖2.5.4 32.768K時(shí)鐘 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)芯片、晶振、復(fù)位電路，圖2.5.5所示為單片機(jī)的復(fù)位電路，SW1為復(fù)位按鍵，常態(tài)為開，當(dāng)按下時(shí)為閉合，R4為10K電阻，上拉電阻的選取沒有固定的要求，通常選取10K，C5為濾波電容，大小選擇104電容，也就是100nF陶瓷電容，防止復(fù)位按鍵抖動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤復(fù)位，啟動(dòng)濾除系統(tǒng)脈沖的作用，保護(hù)最小系統(tǒng)的正常工作。通常機(jī)械按鍵都有一個(gè)抖動(dòng)過程，就需要通過這個(gè)電容來濾除按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)。 圖2.5.5 復(fù)位電路 通常供電電源都有小幅波動(dòng)，需要通過使用

24、大電容來濾除電源抖動(dòng)，圖2.5.6的4個(gè)電容是靠近STM32F103C8T6的電源引腳上放的，防止電源引腳有抖動(dòng)信號(hào)的干擾。104電容為通用的選取阻值。 圖2.5.6 濾波電路 為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的正常工作，就需要為單片機(jī)提供穩(wěn)定的供電電源，這里使用LM1117線性穩(wěn)壓芯片為單片機(jī)提供穩(wěn)定的+3.3V電源，圖2.5.7中P6與P7為排針，方便杜邦線的插拔，C8、C6為+5V電源的輸入濾波電容，穩(wěn)定輸入的+5V電壓，使用100nF濾除高頻干擾，100uF濾除低頻干擾，C9、C7為輸出濾波電容，穩(wěn)定輸出電壓，使用100nF濾除輸出的高頻干擾，100uF濾除輸出的低頻干擾，為單片機(jī)提供可靠的供電

25、電源。 圖2.5.7 穩(wěn)壓供電電路 圖2.5.8為單片機(jī)下載方式選擇端，或者是程序驅(qū)動(dòng)方式選擇端。STM32有三種啟動(dòng)模式對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)均是芯片內(nèi)置的，它們是： 1）用戶閃存 = 芯片內(nèi)置的Flash。 2）SRAM = 芯片內(nèi)置的RAM區(qū)，就是內(nèi)存啦。 3）系統(tǒng)存儲(chǔ)器 = 芯片內(nèi)部一塊特定的區(qū)域，芯片出廠時(shí)在這個(gè)區(qū)域預(yù)置了一段Bootloader，就是通常說的ISP程序。這個(gè)區(qū)域的內(nèi)容在芯片出廠后沒有人能夠修改或擦除，即它是一個(gè)ROM區(qū)。 在每個(gè)STM32的芯片上都有兩個(gè)管腳BOOT0和BOOT1，這兩個(gè)管腳在芯片復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域開始執(zhí)行程序，見下表

26、： BOOT1=x BOOT0=0 從用戶閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。 BOOT1=0 BOOT0=1 從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠家設(shè)置。 BOOT1=1 BOOT0=1 從內(nèi)置SRAM啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試。 要注意的是，一般不使用內(nèi)置SRAM啟動(dòng)(BOOT1=1 BOOT0=1)，因?yàn)镾RAM掉電后數(shù)據(jù)就丟失。多數(shù)情況下SRAM只是在調(diào)試時(shí)使用，也可以做其他一些用途。如做故障的局部診斷，寫一段小程序加載到SRAM中診斷板上的其他電路，或用此方法讀寫板上的Flash或EEPROM等。還可以通過這種方法解除內(nèi)部Flash的讀寫保護(hù)，當(dāng)然解除讀寫保護(hù)的同時(shí)Flas

27、h的內(nèi)容也被自動(dòng)清除，以防止惡意的軟件拷貝。 一般BOOT0和BOOT1跳線都跳到0(地)。串口下載的情況下，BOOT0=1，BOOT1=0 ，再?gòu)?fù)位，點(diǎn)擊下載，下載完成后，把BOOT0的跳線接回0，也即BOOT0=0，BOOT1=0 。所以為了方便期間我們將BOOT1直接通過100K下拉電阻拉直地，只通過BOOT1就能進(jìn)行選擇下載方式。 圖2.5.8 下載方式選擇位 STM32的下載方式可以分為兩種方式：第一種是20引線的JTAG下載；第二種是5引線的SW下載方式，這里使用SW下載方式，所以具體分析第二種下載方式（SW下載），五根引線的連接分配如下表格： 引腳名 描述 引腳分

28、配 JTMS/SWDIO 串行線輸入/輸出 PA13 JTCK/SWCLK 串行線時(shí)鐘 PA14 NRST 復(fù)位 NRST VDD 3.3V VDD GND 地 GND 圖2.5.9為實(shí)物圖中的連接方式，+3.3V、GND為電源引腳，SWDIO下載數(shù)據(jù)的引腳、SWCLK是下載數(shù)據(jù)的時(shí)鐘引腳，NRST為單片機(jī)復(fù)位引腳，也為下載器的復(fù)位引腳。 圖2.5.9 下載端口 STM32系列單片機(jī)內(nèi)部集成AD模塊，所以我們只需要使用STM32控制器即可實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)化和音頻數(shù)據(jù)編碼后控制紅外發(fā)射電路的工作方式。 2.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī)采用ULN2003進(jìn)

29、行驅(qū)動(dòng)，ULN2003是ST公司旗下的一款步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的高性能芯片，高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成。芯片內(nèi)部原理圖如圖2.6.1所示，邏輯是反向的。 圖2.6.1 ULN2003內(nèi)部原理圖 單片機(jī)通過IO控制輸出驅(qū)動(dòng)ULN2003的輸入信號(hào)，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的IO輸出電流和功率不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以采用ULN2003專用驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，ULN2003輸出后的信號(hào)直接接到步進(jìn)電機(jī)的引腳上，如圖2.6.2所示。 圖2.6.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 2.7 液晶顯示屏 由于Nokia5110液晶的四大優(yōu)點(diǎn)所以選擇作為顯示模塊，如圖3-6-1所示：

30、1)性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。 2)接口簡(jiǎn)單，僅四根I/O線即可驅(qū)動(dòng)，1602需11根I/O線，12864需12根。 3)速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。 4) Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。 5110液晶的引腳定義為RST復(fù)位引腳、CE片選引腳、DC數(shù)據(jù)/命令切換引腳、Din數(shù)據(jù)輸入引腳、CLK時(shí)鐘引腳，B

31、L背光開關(guān)引腳，5110供電電壓可在+3V—+5V，我們方案采用+3.3V，如圖2.7.1所示。 圖2.7.1 5110液晶 圖2.7.2 液晶接口 51110液晶的各引腳定義如下所示： 引腳號(hào) 引腳名 功能 備注 1 GND 地 2 BL 背光控制腳 高電平打開背光燈，否則相反 3 VDD 電源輸入腳 3.3-5V(推薦使用3.3V)，導(dǎo)電膠連接 4 CLK 同步時(shí)鐘輸入 最高可達(dá)4Mbps 5 DIN 數(shù)據(jù)輸入 時(shí)鐘上升沿采樣 6 D/C 數(shù)據(jù)/命令切換 0：命令；1：

32、數(shù)據(jù) 7 CE 片選信號(hào) 低電平有效 8 RST 復(fù)位信號(hào)輸入 低電平有效 液晶模塊內(nèi)部的原理圖如圖2.7.3所示： 圖2.7.3 5110液晶內(nèi)部原理圖 圖2.8 按鍵電路 2.8 按鍵電路 如圖2.8所示，按鍵電路圖，上拉10K電阻檢測(cè)按鍵情況，當(dāng)按鍵按下后，輸出電平是低電平0，當(dāng)按鍵抬起后，輸出電壓是高電平3.3V。 3 基于單片機(jī)的的智能晾衣系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件部分采用C語言進(jìn)行編寫，開發(fā)環(huán)境選擇keil4。采用單片機(jī)進(jìn)行采集光照、雨滴兩個(gè)外部天氣信號(hào)，并通過單片機(jī)控制旋轉(zhuǎn)衣架，旋轉(zhuǎn)衣架通過步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)外部天

33、晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽(yáng)光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。 3.1 系統(tǒng)分析 外部天氣的光照和下雨情況，如下表1： 表1 外部天氣的光照和下雨分類表 是否有陽(yáng)光 是否下雨 衣架動(dòng)作 否 否 收回室內(nèi) 否 是 收回室內(nèi) 是 否 出室晾曬 是 是 收回室內(nèi) 所以我們可以通過表格發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)外部天氣是晴天，且沒有雨的時(shí)候，衣物是可以進(jìn)行晾曬的，其他條件下，都需要將衣物拿回室內(nèi)。 3.2 軟件算法 算法從最初對(duì)的系統(tǒng)初始化、外設(shè)初始化后，就通過按鍵設(shè)定光照和雨滴的閾值，來決定怎么樣的光照強(qiáng)度和怎么樣的雨滴強(qiáng)度，才能使衣架

34、出去晾曬，或者回到室內(nèi)。之后就判斷是否有雨，是否有光照，若有達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度的光照和沒有雨時(shí)就出去晾曬衣物，其他清理進(jìn)室內(nèi)。但是有時(shí)機(jī)器也會(huì)被東西給卡主，所以需要檢查衣架是否有故障，若有故障，就停下來，若無故障就完成上一步?jīng)]有完成的動(dòng)作，即回到室內(nèi)或者出室晾曬。 圖3.2 算法流程圖 3.3 軟件容錯(cuò)處理 采用累積時(shí)間來判斷事故，我們通過實(shí)驗(yàn)可得當(dāng)衣架從室內(nèi)到室外，或者從室外到室內(nèi)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間大概是20秒左右，我們累積時(shí)間當(dāng)超過30秒時(shí)，室內(nèi)衣架位置傳感器還沒有檢測(cè)到衣架回到室內(nèi)，就是說明發(fā)生了事故；同理，從室內(nèi)到室外也是用室外的衣架位置傳感器檢測(cè)衣架，當(dāng)超過30秒時(shí)還沒有檢測(cè)到衣架，就

35、表示發(fā)生故障。 4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試 通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試得到圖4.1、4.2、4.3、4.4，可以看出實(shí)現(xiàn)運(yùn)行正常，且可行。當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，將衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽(yáng)光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)，防止被雨打濕，或者天已黑。 圖4.1 按鍵設(shè)定閾值 圖4.2 有陽(yáng)光衣架出室 圖4.3 衣架達(dá)到設(shè)定位置停下 圖4.4 有雨衣架回室內(nèi) 5 結(jié)論與展望 本論文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的智能晾衣系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，當(dāng)外部天晴，且無雨時(shí)，衣架轉(zhuǎn)出，晾曬衣物；當(dāng)下雨或者沒有陽(yáng)光時(shí)，轉(zhuǎn)回室內(nèi)。完成要求中智能晾衣桿全自動(dòng)工作，實(shí)現(xiàn)無人操控；晾衣桿有兩個(gè)位置，伸出去，縮回

36、來；可以進(jìn)行位置檢測(cè)：晾衣桿伸出去時(shí)，到達(dá)指定位置能夠停下來；有軟件容錯(cuò)處理：晾衣桿伸縮過程中遇到各種障礙，能夠通過軟件容錯(cuò)處理來停止；使用光敏傳感器：天黑時(shí)候?qū)⒁路栈貋?，天亮?xí)r候或者陽(yáng)光猛烈的時(shí)候伸出去晾曬；使用雨滴傳感器：下雨的時(shí)候?qū)⒁路栈貋?；參?shù)靈敏度可以調(diào)節(jié)（動(dòng)態(tài)設(shè)置）：按鍵+液晶顯示；采用5V供電：5V電源供給單片機(jī)、電機(jī)。 本論文實(shí)現(xiàn)了智能晾衣系統(tǒng)，還需要結(jié)合市場(chǎng)，對(duì)衣架的結(jié)構(gòu)和工作方式。比如旋轉(zhuǎn)還是上下伸縮，前后伸縮等，進(jìn)一步完善系統(tǒng)，使之滿足市場(chǎng)需求，更好的為客戶服務(wù)。 參考文獻(xiàn) [1]潘清明,丁左武,蔣偉,鄭孫偉.防雨、防暴曬、夜晚能自動(dòng)收縮的智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].

37、機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2007,06:79-81. [2]呂廣紅,黃崇林,陳曉銘.基于AT89C52的智能晾衣架的設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2013,02:71-73. [3]劉秋呈,顧凱燕,劉輝.感光智能晾衣架的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)咨詢(科技管理),2013,05:67. [4]胡峰,吳觀茂.一種基于AT89C52單片機(jī)的智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2013,12:96-98. [5]孫紹翔,周連佺,臧曙光,莫亦飛,屈曉龍.基于單片機(jī)和傳感器的智能晾衣架系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師,2013,09:85-87. [6]郭獻(xiàn)章,李治根,趙明強(qiáng),孫榮健,謝偉,孫金.智能防雨晾衣架[

38、J].物理實(shí)驗(yàn),2014,04:26-29. [7]周靜紅.基于單片機(jī)控制的智能晾衣架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù),2014,10:68-69+64. [8]劉凱,萬在紅,張雨晨,廖章祥,張超.基于GSM的智能晾衣架[J].電子設(shè)計(jì)工程,2014,17:172-174+178. [9]雷敏,楊萬里,孔令倩,李飛,谷聚輝.基于單片機(jī)的戶外型智能晾衣架設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用,2014,17:47-48. 致 謝 值此論文即將完稿之際，向所有關(guān)心和幫助我的老師、同學(xué)和朋友表示衷心的感謝！首先，要感謝我的導(dǎo)師。兩年多來，在老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下，我完成了本課題硬件系統(tǒng)的

39、搭建、監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)驗(yàn)分析以及論文撰寫等工作。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度、求實(shí)的精神以及高尚的個(gè)人品質(zhì)，給我留下了深刻的印象，使我受益終身。兩年多來，無論是在學(xué)業(yè)上還是在生活中導(dǎo)師都給予我無微不至的關(guān)懷，寬容對(duì)待我的犯錯(cuò)，其坦誠(chéng)與親和感染了我。借此機(jī)會(huì)，我要向尊敬老師致以最誠(chéng)摯的謝意！ 兩年多來，同窗好友等人在我的學(xué)業(yè)和生活中給予我莫大的支持和幫助，與他們分享我進(jìn)步的快樂，分擔(dān)失敗的苦澀是人生中的幸事！感謝我的師兄，他們?cè)谖业膶W(xué)習(xí)過程中引導(dǎo)我前進(jìn)，教我把握課題的進(jìn)度，我今天的論文和他們的關(guān)心是分不開的。感謝師弟、師妹們的無私幫助！感謝求學(xué)期間給我提供幫助的老師、同學(xué)！ 最后，我要感謝我

40、的所有親人在我求學(xué)生涯中給予我一貫的支持和鼓勵(lì)！ 附頁(yè)1 圖A 實(shí)物圖 附頁(yè)2 #include "led.h" #include "delay.h" #include "sys.h" #include "key.h" #include "usart.h" #include "key.h" #include "nokia_5110.h" #include "adc.h" void motor_forward(void); void motor_back(void); int main(void) { while(1) { ke

41、y = KEY_Scan(); switch(key) { case 1: { k=0; light_set++; if(light_set >= 10) light_set = 0; } break; case 2: { k=0; rain_set++; if(rain_set >= 10) rain_set = 0; } break; default: k++; break; } del

42、ay_ms(5); sprintf(str,"light_set:%d",light_set); LCD_write_String(0,1,str); sprintf(str,"rain_set:%d",rain_set); LCD_write_String(0,3,str); if(k>=1000) break; } while(1) { light = Get_Adc_Average(0,10); light = light/410; rain = Get_Adc_Average(1,10); rain

43、= rain/410; son = Get_Adc_Average(2,10); son = son/410; soff = Get_Adc_Average(3,10); soff = soff/410; sprintf(str,"light:%d",9-light); LCD_write_String(0,0,str); sprintf(str,"light_set:%d",light_set); LCD_write_String(0,1,str); sprintf(str,"rain:%d",9-rain); L

44、CD_write_String(0,2,str); sprintf(str,"rain_set:%d",rain_set); LCD_write_String(0,3,str); sprintf(str,"state:%d %d",son,soff); LCD_write_String(0,4,str); sprintf(str,"state:off"); LCD_write_String(0,5,str); } } void motor_forward(void) { MOTOR1 = 0; MOT

45、OR2 = 1; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 0; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 1; MOTOR3 = 0; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 1; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 0; delay_ms(10); } void moto

46、r_back(void) { MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 1; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 0; delay_ms(10); MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 1; MOTOR3 = 0; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); MOTOR1 = 1; MOTOR2 = 0; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); MOTOR1 = 0; MOTOR2 = 1; MOTOR3 = 1; MOTOR4 = 1; delay_ms(10); }