智能溫控衣柜設(shè)計(jì)

陸靜逸，楊風(fēng)

（中北大學(xué) 德懷樓二層創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，山西 太原，030051）

0 引言

多功能家具早在20世紀(jì)80年代初就已經(jīng)在歐美等發(fā)達(dá)國家嶄露頭角，而我國的多功能家具市場(chǎng)則是在近10年才逐漸形成，至今方興未艾。最近以來，我國在智能化家具方面做了一些初步探索，但還處于起步階段[3]。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，家具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)化了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，提高工作效率。

本文設(shè)計(jì)一款智能溫控衣柜系統(tǒng)，該衣柜以智能控溫、保溫為主要特色，同時(shí)兼有對(duì)衣物殺菌、防潮等功能，智能衣柜可以根據(jù)柜室內(nèi)的溫度變化情況自動(dòng)開啟或關(guān)閉衣柜加熱系統(tǒng)，而衣柜內(nèi)壁裝飾的保溫材料可以減緩室內(nèi)溫度的散失，使柜室內(nèi)的溫度長期保持在一個(gè)舒適的范圍，達(dá)到節(jié)能保溫的目的，柜室內(nèi)的殺菌裝置可對(duì)衣物殺菌消毒。

1 測(cè)溫原理

DS18B20的測(cè)溫原理如圖1所示，不同溫度下，高溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)輸入到減法計(jì)數(shù)器b，確定一個(gè)門周期。低溫度系數(shù)震蕩器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)送至減法計(jì)數(shù)器a，由于受溫度影響小，頻率幾乎恒定，在一個(gè)門周期內(nèi)，DS18B20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，即可完成溫度測(cè)量。測(cè)量前，首先將-55℃對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器a和溫度寄存器中，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器a 減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器a的預(yù)置值將重新被裝入繼續(xù)計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器b計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測(cè)溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過程中的非線性，在計(jì)數(shù)門未關(guān)閉的狀況下，重復(fù)修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，直至溫度寄存器值達(dá)到被測(cè)溫度值。

2 智能化衣柜的方案設(shè)計(jì)

（1）保暖控溫功能

在衣柜內(nèi)部，通過能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為熱能以熱風(fēng)的形式輸出，在一定的密閉的衣柜空間內(nèi)，提升衣柜內(nèi)部溫度，起到暖和衣物的作用；本衣柜設(shè)計(jì)的智能系統(tǒng)又通過溫度傳感器對(duì)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到指定溫度時(shí)，及時(shí)開啟或關(guān)閉熱能的輸出，將衣柜內(nèi)的溫度控制在一定的范圍內(nèi)。

圖1 測(cè)溫原理圖

（2）除濕防霉功能

衣柜主要存放對(duì)象為各類棉、毛、皮、麻、真絲等材料制成的衣物，這些物品在生產(chǎn)、使用或存放過程中，表面依附著霉菌等微生物。在每年的4月到10月份，我國大部分地區(qū)的相對(duì)濕度一般在75%以上，達(dá)到菌類生存繁殖的較佳環(huán)境，易導(dǎo)致存放在柜中的物品霉變。

智能化衣柜除濕防霉功能，主要是通過改變存放物品容器小環(huán)境的溫、濕度值，控制在物品存放的安全值以下，破壞各種霉菌的存活和繁殖，從而有效保護(hù)存儲(chǔ)物品。因此，通過控制系統(tǒng)自動(dòng)除濕，將柜內(nèi)的濕度控制在45%～55%，可有效避免存放的物品發(fā)生霉變[5]。

（3）消毒功能

本設(shè)計(jì)選用與衣柜柜體尺寸相匹配的15W熱陰極低壓汞紫外線殺菌燈，一般室溫在20℃～40℃，相對(duì)濕度不高于60%時(shí)，消毒時(shí)間設(shè)定為30min即可。另外，控制衣柜的內(nèi)部濕度，始終保持在45%～55%時(shí)，也可有效保證消毒效果[6]。

3 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

整個(gè)衣柜系統(tǒng)由主控模塊、溫度檢測(cè)模塊、液晶顯示模塊、電器控制模塊、報(bào)警模塊、殺菌模塊和供電模塊7個(gè)模塊組成，智能衣柜系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)功能圖見圖2。

圖2 智能衣柜硬件設(shè)計(jì)功能圖

主控模塊：整合處理控制各功能模塊，選用Atmel公司的單片機(jī)AT89S52，它帶有1個(gè)8位CPU，8KBFlash存儲(chǔ)器,32個(gè)IO口，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和八個(gè)中斷源，DC5V供電[2]。

溫度檢測(cè)模塊：選用美國DALLAS公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，獨(dú)特的單線接口方式、測(cè)溫范圍－55℃～＋125℃，工作電源3～5V/DC ；

液晶顯示模塊：選用1602液晶顯示器，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符，DC5V供電；

電器控制模塊:選用寧波松樂繼電器SRD-05VDCSL-C，DC5V供電，調(diào)節(jié)范圍：10A250VAC,10A125VAC；

報(bào)警模塊：蜂鳴器5V（SOT塑封封裝）有源蜂鳴器，長聲。

殺菌模塊:選用紫外線燈殺菌消毒，AC220V供電。

供電模塊：供電模塊采用220V50Hz市電直接給加熱器、殺菌模塊供電，經(jīng)變壓器得到5V直流電給主控模塊供電，由主控模塊給其他功能模塊供電。

3.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)程序主要包括主程序（見圖3）、DS18B20初始化、寫DS18B20、讀DS18B20的程序、溫度轉(zhuǎn)化子程序（見圖4）等。由于DS18B20與微處理器間采用串行數(shù)據(jù)傳送，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫編程時(shí)，必須嚴(yán)格保證初始化及讀寫時(shí)序，否則將無法讀取測(cè)溫結(jié)果。下面給出DS18B20的初始化程序代碼。定義DATA為DS18B20的數(shù)據(jù)管腳。

初始化代碼

INIT:SETBDATA

CLRDATA

MOVR3,#OFFH;延時(shí)550us

DJNZR3,$

SETBDATA;釋放總線

MOVR3,#32H;延時(shí)100us，等待回應(yīng)

DJNZR3,$

L:MOVC,DATA;采樣總線信號(hào)

JCOUT

MOVR3,64H

DJNZR3,L

SJMPINIT

RET

OUT:SETBDATA

RET

圖3 主程序圖

圖4 子程序圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

選擇將本系統(tǒng)裝設(shè)在已有成品衣柜內(nèi)部，暫不考慮其散熱問題，視實(shí)驗(yàn)環(huán)境為理想環(huán)境，溫控值設(shè)定為29℃。系統(tǒng)開機(jī)后運(yùn)行，檢測(cè)衣柜內(nèi)部溫度，LCD顯示結(jié)果如圖5所示。

圖5 開機(jī)后衣柜內(nèi)溫度

檢測(cè)結(jié)果得知，衣柜內(nèi)部溫度為25℃，低于預(yù)設(shè)值29℃，系統(tǒng)運(yùn)行通過熱風(fēng)扇將電能轉(zhuǎn)化為熱能以熱風(fēng)的形式輸出，在一定的密閉的衣柜空間內(nèi)，提升衣柜內(nèi)部溫度。系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，LCD顯示的溫度如圖6所示。

圖6 運(yùn)行一段時(shí)間后柜內(nèi)溫度

由此可知，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的效果，能夠有效地控制了衣柜內(nèi)部溫度，起到暖和衣物的作用。

經(jīng)過多次試驗(yàn)顯示，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，控制準(zhǔn)確，能夠達(dá)到防潮除濕、保暖溫控以及消毒殺菌的預(yù)期目的。

[1]馬云峰，陳子夫，李培全.數(shù)字溫度傳感器DS18B20的原理與應(yīng)用[J].電子元器件應(yīng)用,2002(Z1).

[2]徐愛均，彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

[3]王樹才，鄧在京，徐有明.機(jī)電一體化家具的探討[J].木材工業(yè)，2004,18（1）：36-38.

[4]段海燕，吳智慧.智能化家具市場(chǎng)調(diào)查分析[J].家具，2005，148（6）：63-65.

[5]張立志.除濕技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005:235-255.

[6]袁治鄺，凌波.實(shí)用消毒滅菌技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002:74-80.