黎國強(qiáng),吳燕,平劍超,夏貴輝,丁春發(fā)
(南昌師范學(xué)院,江西南昌,330032)
在生活中衣服的存儲(chǔ)和管理是一個(gè)不容輕視的問題。例如在炎熱潮濕的夏天,衣服在柜中長時(shí)間放置就會(huì)出現(xiàn)發(fā)霉、起異味的現(xiàn)象,這主要是衣柜內(nèi)濕度過大造成的,這也是傳統(tǒng)衣柜最大的弊端所在。有研究表明在濕度大于60%的較高相對濕度條件下,溫度為影響霉菌生長的主要因素,其生長速度隨著溫度升高而升高[1]。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)設(shè)計(jì)智能衣柜系統(tǒng),可以將衣柜的溫濕度控制在合適的范圍內(nèi)以減少衣物發(fā)霉的可能。
該系統(tǒng)通過溫濕度傳感器獲取衣柜中的溫濕度,后將溫濕度數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TC89C52 單片機(jī)中,由單片機(jī)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,以及判斷是否要進(jìn)行除濕消毒,并且在LCD 屏上顯示當(dāng)前溫濕度及當(dāng)前時(shí)間,時(shí)間可由用戶利用按鍵進(jìn)行修改[2]。在除濕消毒的同時(shí)開始報(bào)警,當(dāng)柜門打開時(shí),將停止報(bào)警、除濕和消毒,并且照明燈被點(diǎn)亮。
系統(tǒng)總體框圖如圖1 所示,由溫濕度檢測模塊檢測溫濕度后傳輸給單片機(jī),后由單片機(jī)判斷是否需要除濕和降溫。并且在除濕、降溫的同時(shí)進(jìn)行紫外線消毒。同時(shí)蜂鳴器開始報(bào)警提示正在工作。并且在LCD1602 上顯示此時(shí)的溫濕度及當(dāng)前時(shí)間。
圖1 系統(tǒng)總體框圖
單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2 所示。單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源、晶振電路、復(fù)位電路及單片機(jī)本身所組成,本設(shè)計(jì)的單片機(jī)選擇STC89C52,并且使用5V 電源供電,晶振頻率為11.0592MHz。本系統(tǒng)復(fù)位電路就包括了上電復(fù)位和按鍵復(fù)位。上電瞬間,電容兩端電壓不能突變,此時(shí)電容的負(fù)極和RESET 相連,電壓全部加在了電阻上,RESET 的輸入為高,芯片被復(fù)位。隨之+5V 電源給電容充電,電阻上的電壓逐漸減小,最后約等0,芯片正常工作。并聯(lián)在電容的兩端為復(fù)位按鍵,當(dāng)復(fù)位按鍵沒有被按下的時(shí)候電路實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位,在芯片正常工作后,通過按下按鍵使RST 管腳出現(xiàn)高電平達(dá)到手動(dòng)復(fù)位的效果。
圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)
溫濕度檢測模塊如圖3 所示。本設(shè)計(jì)利用DHT11 作為溫濕度傳感器。要使用DHT11 只需在其DATA 引腳連接一個(gè)單片機(jī)的I/O 口并且加上一個(gè)5k 的上拉電阻即可,本設(shè)計(jì)將其連接到了單片機(jī)的P1.1 引腳上。
圖3 溫濕度檢測模塊
按鍵模塊如圖4 所示。本設(shè)計(jì)使用的按鍵模塊為獨(dú)立按鍵設(shè)計(jì),通過四個(gè)獨(dú)立按鍵和一個(gè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)模式的選擇,時(shí)間的加減以及模擬柜門。其中S2 為設(shè)置按鍵,S3 為選擇按鍵,S4 為時(shí)間加按鍵,S5 為時(shí)間減按鍵,S6 為模擬柜門,當(dāng)按鍵按下時(shí),單片機(jī)的P1.0 和P3.0~P3.3 將檢測到低電平從而實(shí)現(xiàn)對應(yīng)功能。
時(shí)鐘模塊如圖5 所示。本設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片使用的是DS1302。DS1302 采用的是三線接口的雙向數(shù)據(jù)通信接口,RST 低電平有效,SCLK 為串行時(shí)鐘,為通信提供時(shí)鐘源,I/O 為數(shù)據(jù)輸入輸出引腳,用于傳輸及接收數(shù)據(jù)[3]。本設(shè)計(jì)中將該模塊的RST、SCLK 和I/O 分別與單片機(jī)的P3.4~P3.6 口相連。
圖5 時(shí)鐘模塊
顯示模塊如圖6 所示。在本設(shè)計(jì)中使用LCD1602 來顯示此時(shí)的時(shí)間、柜門的狀態(tài)以及當(dāng)前的溫濕度,其中DB0 到DB7 引腳與單片機(jī)的P0 口相連,RW、RS 以及E 則分別與P2.5~P2.7 相連。
圖6 顯示模塊
報(bào)警模塊如圖7 所示。本設(shè)計(jì)利用PNP 型三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能,該三極管的基極與單片機(jī)的P2.4 相連,當(dāng)此時(shí)的溫濕度高于預(yù)設(shè)值時(shí)且模擬柜門為關(guān)閉時(shí),單片機(jī)的P2.4 引腳將輸出低電平,此時(shí)三極管導(dǎo)通,蜂鳴器將進(jìn)行報(bào)警。
圖7 報(bào)警模塊
消毒照明模塊如圖8 所示、除濕模塊如圖9 所示。當(dāng)溫度為25℃~30℃,水分活性為0.7~1AW 時(shí)是絕大多數(shù)霉菌繁殖的最適宜環(huán)境[4],因此本設(shè)計(jì)的溫度預(yù)設(shè)值范圍設(shè)置在20℃~25℃,濕度預(yù)設(shè)值范圍為40%RH~60%RH。本設(shè)計(jì)利用5V 直流風(fēng)扇來實(shí)現(xiàn)除濕功能,同時(shí)利用紫外線燈來實(shí)現(xiàn)消毒功能并且利用LED 來模擬照明。通過三極管和繼電器與單片機(jī)相連來實(shí)現(xiàn)除濕消毒功能,其中單片機(jī)的P2.1 與消毒模塊相連,P2.2 與除濕模塊相連,P2.0 與照明模塊相連,當(dāng)模擬柜門打開時(shí)即P2.0 為低電平時(shí),照明燈點(diǎn)亮。當(dāng)溫濕度超過預(yù)設(shè)值后P2.1 與P2.2 也為低電平,此時(shí)除濕消毒模塊開始工作。
圖8 消毒及照明模塊
圖9 除濕模塊
在本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)中先初始化這個(gè)系統(tǒng),后顯示屏上將顯示系統(tǒng)預(yù)設(shè)好的時(shí)間,如果該時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間不符,則利用按鍵的設(shè)置鍵和選擇鍵來修改時(shí)間,完畢后顯示屏將顯示當(dāng)前柜門的狀態(tài)、當(dāng)前時(shí)間以及檢測到的溫濕度。
當(dāng)柜門打開時(shí),照明燈將被點(diǎn)亮,此時(shí)不管消毒殺菌模塊及報(bào)警電路是否在工作都將停止,當(dāng)柜門關(guān)閉后才會(huì)繼續(xù)工作。同樣照明燈也將熄滅。之后判斷溫濕度是否大于預(yù)設(shè)值,大于后將開始降溫并消毒,同時(shí)報(bào)警電路開始報(bào)警。當(dāng)溫濕度都低于了預(yù)設(shè)值,將停止消毒和降溫,并且關(guān)閉報(bào)警。其總體設(shè)計(jì)流程圖如圖10 所示。
圖10 主流程圖
在設(shè)計(jì)好硬件電路后,在Keil 內(nèi)編寫軟件程序,將編譯好的文件燒錄到單片機(jī)中,當(dāng)系統(tǒng)上電后,LCD 顯示屏上將顯示當(dāng)前的時(shí)間,若與當(dāng)前時(shí)間不符可以通過按鍵修改,修改后在顯示屏的第一行將顯示柜門狀態(tài)和當(dāng)前濕度。而第二行將顯示此時(shí)時(shí)間和溫度。實(shí)物測試如圖11所示。
實(shí)物功能測試:本設(shè)計(jì)的溫度預(yù)設(shè)值范圍設(shè)置在20℃~25℃,濕度預(yù)設(shè)值范圍為40%RH~60%RH。不同溫濕度下系統(tǒng)反應(yīng)情況如表1所示。
表1 系統(tǒng)測試結(jié)果
本設(shè)計(jì)利用STC89C52 單片機(jī)為主控芯片,實(shí)現(xiàn)了智能衣柜系統(tǒng)。達(dá)到了使衣柜內(nèi)的溫濕度處于一個(gè)合理的范圍內(nèi)以有效地減少衣物發(fā)霉的情況。同時(shí)在系統(tǒng)工作時(shí)將會(huì)由蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警,來提醒使用者。當(dāng)使用者在系統(tǒng)消毒除濕工作期間打開衣柜,系統(tǒng)將暫停直至柜門關(guān)閉以此來確保使用者的安全。在打開柜門的同時(shí)照明燈也將被點(diǎn)亮以便使用者更好地尋找衣物。經(jīng)測試后該系統(tǒng)穩(wěn)定且滿足日常需求,可以在日常生活中給使用者帶來便利的同時(shí)減少衣物發(fā)霉的煩惱。
圖11 實(shí)物測試圖