基于STC89C52單片機(jī)的宿舍用智能電動(dòng)晾衣架設(shè)計(jì)

胡可欣 錢曉莉 顧靜怡 朱穎 滕濮愷

摘 ?要：針對集體宿舍晾曬衣物見縫插針，干濕衣物混雜容易導(dǎo)致衣服二次受潮的特殊使用環(huán)境，設(shè)計(jì)了一款基于STC89C52單片機(jī)、濕度傳感器、步進(jìn)電機(jī)、蝸桿電機(jī)、藍(lán)牙等智能自動(dòng)晾衣架系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，通過濕度傳感器檢測衣物濕度，利用步進(jìn)電機(jī)和蝸桿電機(jī)自動(dòng)歸攏干衣物，并通過藍(lán)牙模塊進(jìn)行提醒，解決集體宿舍衣物晾曬的難題。

關(guān)鍵詞：智能晾衣架 ?STC89C52單片機(jī) ?電機(jī) ?傳感器 ?藍(lán)牙

中圖分類號：TP368.1;TS959.9 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）04（c）-0099-04

The Design of Intelligent Clothes Hanger for Dormitory Based on STC89C52 Microcontroller

HU Kexin ?QIAN Xiaoli* ?GU Jingyi ?ZHU Ying ?TENG Pukai

（Nanjing Forestry University， Nanjing， Jiangsu Province， 210000 ?China）

Abstract： Aiming at the special use environment of drying clothes in dormitory， which is easy to cause the clothes to get damp twice due to the mixed dry and wet clothes， an intelligent automatic clothes hanger system based on STC89C52 MCU， humidity sensor， stepper motor， worm motor， Bluetooth and so on is designed. The control system takes the single chip microcomputer as the control core， detects the humidity of clothes through the humidity sensor， uses the stepper motor and worm motor to automatically collect the dry clothes， and reminds through the Bluetooth module to solve the problem of drying clothes in the dormitory.

Key Words： Intelligent clothes rack; STC89C52 microcontroller; Motor; Sensor; Bluetooth

在當(dāng)今智能化趨于流行的時(shí)代下，人們的生活方式發(fā)生了質(zhì)的變化：智能家電、智能家居等產(chǎn)品相繼被推出，并且性價(jià)比高。晾衣架也由原來較為傳統(tǒng)的家居產(chǎn)品設(shè)計(jì)樣式和日常使用功能逐步創(chuàng)新發(fā)展起來，進(jìn)入更為現(xiàn)代化和智能化的家居應(yīng)用產(chǎn)品行列，逐步駛?cè)敫咚侔l(fā)展的行業(yè)應(yīng)用快車道。晾衣架在生活中被普遍使用，目前應(yīng)用廣泛的是不能根據(jù)衣物濕度而自動(dòng)進(jìn)行衣物分離的傳統(tǒng)手動(dòng)晾衣架。傳統(tǒng)晾衣架無法根據(jù)衣物的干濕情況自動(dòng)調(diào)整衣物位置，這一缺點(diǎn)對于家庭用戶影響不明顯。然而，在人員密度更高的集體宿舍中，晾曬衣物通常需要見縫插針，干濕衣物混雜容易導(dǎo)致衣服二次受潮，影響晾曬效率?；诖?，該文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一款以單片機(jī)為控制核心，通過濕度傳感器監(jiān)測外部環(huán)境，利用電機(jī)控制晾衣架進(jìn)行干濕分離的智能晾衣架。

1 ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1為智能化的晾衣架機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)，將硬件盒固定在陽臺的天花板處，硬件盒內(nèi)分別載有電源開關(guān)、核心控制模塊、藍(lán)牙模塊等硬件，硬件盒外裝有用于監(jiān)測衣物濕度情況的濕度傳感器。主體機(jī)架由自動(dòng)收縮架、晾衣桿和晾衣孔等組成，其中晾衣桿跟晾衣孔結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)動(dòng)鉸鏈聯(lián)接，自動(dòng)收縮架可調(diào)節(jié)衣物的晾曬高度。

濕衣物懸掛于晾衣孔內(nèi)，晾衣孔下設(shè)置插槽，由蝸桿電機(jī)控制插槽開閉。衣物潮濕狀態(tài)下，插槽閉合，衣物晾干后，插槽打開，晾干的衣物掉落至晾衣桿上形成干濕分離。

2 ?系統(tǒng)總體框架

如圖2所示，晾衣架系統(tǒng)主要由STC89C52單片機(jī)[1-2]、濕度傳感器、藍(lán)牙模塊、步進(jìn)電機(jī)和蝸桿電機(jī)組成。其中濕度傳感器監(jiān)測環(huán)境濕度，單片機(jī)模塊[3-4]根據(jù)遙控指令處理傳感器[5]監(jiān)測信號，輸出運(yùn)算結(jié)果控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路完成晾衣架的干濕分離，同時(shí)驅(qū)動(dòng)藍(lán)牙模塊，用于與手機(jī)App移動(dòng)端進(jìn)行無線通信和信息供給，提醒用戶及時(shí)收取衣物。

3 ?單片機(jī)模塊

選用單片機(jī)[6-8]最小處理系統(tǒng)如圖3所示，作為整個(gè)晾衣架設(shè)計(jì)的控制中心。其中，控制器的核心芯片模塊組和模塊設(shè)計(jì)采用STC89C52，它是一款同時(shí)具有低控制成本的小功耗、高性能CMOS8位數(shù)字微控制器，具有8K字節(jié)系統(tǒng)可編程Flash存儲器。采用內(nèi)部時(shí)鐘電路為整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)各模塊運(yùn)行提供基準(zhǔn)脈沖，選用12 MHz的石英晶振。該機(jī)在操作系統(tǒng)中主要采用多個(gè)按鍵自動(dòng)復(fù)位的操作方式，其主要任務(wù)有兩個(gè)：一是接收來自濕度傳感器和顯示模塊發(fā)送來的數(shù)據(jù);二是根據(jù)接收到的衣物濕度檢測情況，控制晾衣孔插槽，令干燥衣物掉落至晾衣桿上，同時(shí)根據(jù)接收到衣物濕度檢測情況，計(jì)算分析并得出所有衣物全部干燥完成所需要的時(shí)間，隨之將上述數(shù)據(jù)傳輸給顯示屏。最后當(dāng)全部衣物晾曬工作已經(jīng)完畢時(shí)，發(fā)送信息給藍(lán)牙模塊進(jìn)行無線通信和信息供給，提醒用戶及時(shí)收取衣服。

4 ?傳感器檢測模塊

由于學(xué)生宿舍內(nèi)部空間不大，電路工作功率小，承載能力低，該設(shè)計(jì)選擇一款數(shù)字型濕度傳感器——DHT11作為學(xué)生宿舍用電動(dòng)晾衣架的主要數(shù)據(jù)采集處理模塊[9-11]。它的每一種復(fù)位操作都嚴(yán)格按照規(guī)定時(shí)序自動(dòng)進(jìn)行，系統(tǒng)首先依次進(jìn)行發(fā)出復(fù)位信息指令，再依次發(fā)出互相匹配的復(fù)位信息轉(zhuǎn)換指令，從而逐步進(jìn)行轉(zhuǎn)換操作為濕度變化檢測信息指令。數(shù)字信號輸出式的濕度測量傳感器基準(zhǔn)DHT11濕度測量傳感器基準(zhǔn)的范圍一般是5%RH～95%RH，測量基準(zhǔn)精度和誤差范圍一般是±5%RH，這個(gè)數(shù)字完全可以滿足本設(shè)計(jì)的濕度傳感器所需要的測量范圍和誤差，同時(shí)節(jié)約了設(shè)備成本，而且只用一個(gè)總線就能夠與主控芯片相互連接并且傳送出數(shù)字信號。另外，它還可以對數(shù)字信號修正，從而使其更加準(zhǔn)確，在一定程度上也能夠使得傳送數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確率得到保障，且其功率消耗不高，非常合適該文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，濕度檢測電路具體見圖4所示，將DHT11的引腳2（DHT）與STC89C52單片機(jī)腳接，圖4中P5D為該模塊與供電系統(tǒng)連接引腳。

5 ?電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

晾衣架高度變換中電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)由繼電器控制，電機(jī)正轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)晾衣架上升，電機(jī)反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)晾衣架下降。因收縮架長度有限，為防止電機(jī)無限制轉(zhuǎn)動(dòng)使電機(jī)損壞，在系統(tǒng)中設(shè)置限位開關(guān)，當(dāng)收縮架碰觸到限位開關(guān)時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將晾衣架固定。由于單片機(jī)的輸出信號較小，達(dá)不到控制晾衣架調(diào)整衣物位置的要求，需要通過ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片將脈沖信號放大來實(shí)現(xiàn)。該芯片包含7個(gè)輸入端口和7個(gè)輸出端口，由于選用的是四相八拍式步進(jìn)電機(jī)，只需使用其中的4個(gè)輸入和4個(gè)輸出端口，驅(qū)動(dòng)模塊電路中，單片機(jī)通過P3.4、P3.5、P3.6、P3.7引腳連接驅(qū)動(dòng)芯片的4個(gè)輸入端口IN1～I(xiàn)N4，來實(shí)現(xiàn)控制脈沖信號的輸出。

晾衣孔插槽的伸縮由蝸輪蝸桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)軸和螺旋齒輪的傳動(dòng)齒輪是連續(xù)不間斷的兩個(gè)傳動(dòng)齒輪螺旋齒，蝸桿傳動(dòng)軸和它的齒沒有同時(shí)間斷連續(xù)進(jìn)入和同時(shí)間斷退出整個(gè)齒輪嚙合的連續(xù)傳動(dòng)齒輪過程，因此，整個(gè)傳動(dòng)齒輪工作平穩(wěn)，沖擊、震動(dòng)、噪音都比較小。由于這種蝸桿的螺旋角很小，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)要小于摩擦角，同時(shí)一般的單線蝸桿都會因?yàn)槠渥枣i而不能形成反轉(zhuǎn)，所以我們平時(shí)一般都會選擇多線蝸桿，因?yàn)樗穆菪Σ两呛艽?，不能轉(zhuǎn)動(dòng)形成螺旋自鎖，可以轉(zhuǎn)動(dòng)形成螺旋反轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)插槽的伸縮。

6 ?藍(lán)牙傳輸模塊

使用藍(lán)牙傳輸模塊能夠遠(yuǎn)程操作晾衣桿，并且能夠?qū)崿F(xiàn)與手機(jī)App的互聯(lián)，提升智能晾衣系統(tǒng)的便捷性。HC-06是一種實(shí)現(xiàn)主從串口一體化的一個(gè)藍(lán)牙串口通信控制模塊，其通過藍(lán)牙串口與一臺單片機(jī)進(jìn)行連接，根據(jù)藍(lán)牙串口模塊內(nèi)所提供的藍(lán)牙指令集與其進(jìn)行手機(jī)通信，然后與每臺手機(jī)進(jìn)行藍(lán)牙連接配對，配對成功后每臺手機(jī)會發(fā)送一個(gè)AT藍(lán)牙指令給這個(gè)藍(lán)牙串口模塊，單片機(jī)可以通過自動(dòng)判斷藍(lán)牙接收器得到的這個(gè)AT藍(lán)牙指令集來控制電動(dòng)晾衣架的操作系統(tǒng)正常運(yùn)行。單片機(jī)與外部藍(lán)牙之間通過串口數(shù)據(jù)通信和外部串口中斷方式接收數(shù)據(jù)。此外，通過藍(lán)牙串口設(shè)備通信者還可隨時(shí)隨地觀察所有藍(lán)牙串口設(shè)備與智能手機(jī)的無線連接運(yùn)行情況和藍(lán)牙接收器得到的各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，具體見圖5。

7 ?主程序設(shè)計(jì)

智能晾衣架[12]各硬件模塊之間的協(xié)同運(yùn)作需要配合軟件才能實(shí)現(xiàn)。軟件操作在程序中首先需要進(jìn)行各引腳值的定義和調(diào)用函數(shù)值的聲明，并將系統(tǒng)各個(gè)模塊中的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，保證系統(tǒng)各模塊元器件正常工作運(yùn)行。其次主程序需要判斷系統(tǒng)模式，根據(jù)不同模式的要求再進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測。如果系統(tǒng)處于自動(dòng)模式，實(shí)時(shí)監(jiān)測晾衣架周邊的環(huán)境狀況并判斷數(shù)據(jù)是否達(dá)到各傳感器設(shè)定的閾值。如果監(jiān)測到衣物達(dá)到干燥狀態(tài)，蝸桿電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)打開晾衣孔插槽。如果系統(tǒng)處于手動(dòng)模式，則監(jiān)控晾衣孔插槽開關(guān)的開啟狀態(tài)，根據(jù)人工命令操作晾衣孔插槽的打開與關(guān)閉。

8 ?結(jié)語

該文設(shè)計(jì)的智能晾衣架基于STC89C52單片機(jī)，經(jīng)過硬件的設(shè)計(jì)、焊接和軟件的編程、調(diào)試等過程，最終實(shí)現(xiàn)了衣物干濕分離。該系統(tǒng)具有兩種工作模式，智能模式下可及時(shí)通過藍(lán)牙通知用戶衣物晾曬情況，并令干燥衣物掉落至晾衣桿上;手動(dòng)模式下可自己控制晾曬衣物。此晾衣架適合集體宿舍使用，可以提高宿舍生活的舒適性、便利性，提高晾曬效率，具有一定的推廣價(jià)值。

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①基金項(xiàng)目：南京林業(yè)大學(xué)“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2020NFUSPITP0146）。

作者簡介：胡可欣（2000—），女，本科在讀，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。

顧靜怡（2000—），女，本科在讀，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。

通信作者：錢曉莉（1999—），女，本科在讀，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)，E-mail：1195494618@qq.com。