CN107608256A - 一种基于单片机的智能晾衣系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，与现有技术相比：应用单片机、温湿度传感器、光敏传感模块、GPRS单元和其他执行部件及模块而构建的智能晾衣系统，本发明不仅对现有产品中的手动晾衣功能进行改善，还设计并实现了自动收衣的功能，此外，当用户的衣服掉落衣架时，可以及时提醒用户，避免丢失贵重衣物，方便用户的使用。

Description

一种基于单片机的智能晾衣系统

技术领域

本发明涉及智能家居领域，尤其涉及的是一种基于单片机的智能晾衣系统。

背景技术

目前，人们所使用的晾衣架多为不能随外界环境变化而自动收缩的传统类型。假如住户是双职工，或者住户有事在外，那么如果下雨或者夜晚，传统类型的晾衣架就做不到使晾晒在室外的衣物避雨、避露水的功能。国内现在所生产的智能晾衣架都是安装在阳台内部，通过电路的控制使晾衣架根据不同的情况垂直升降，以达到智能晾晒衣物的功能，而不能实现在雨天或者夜晚自动收衣的功能。基于此，本发明设计一种基于单片机的智能晾衣系统，应用单片机、温湿度传感器、光敏传感模块、GPRS模块和其他执行部件及模块而构建的智能晾衣系统，本系统不仅对现有产品中的手动晾衣功能进行改善，还设计并实现了自动收衣的功能，此外，当用户的衣服掉落衣架时，可以及时提醒用户，避免丢失贵重衣物，方便用户的使用。

发明内容

本发明的目的在于解决传统晾衣架不能避雨和防暴晒的缺陷，提供了一种基于单片机的智能晾衣系统，实现在雨天或者夜晚自动收衣的功能，此外，当用户的衣服掉落衣架时，可以及时提醒用户，避免丢失贵重衣物，方便用户的使用。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，其特征在于：所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，其中，所述的主控模块包括单片机，所述的主控模块用于数据的采集、处理、分析、显示及执行部件的控制等；

所述的检测模块包括温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器和光敏采集电路单元，所述的检测模块用于实时采集室外的温度值、湿度值、雨滴的状态和光照强度等；

所述的执行模块包括电机驱动模块、限位开关模块和独立按键模块，所述的执行模块用于对控制模块发出的指令进行执行；

所述的显示模块设置液晶屏，所述的显示模块用于实时显示系统的数据。

优选的，所述的主控模块还设置有复位电路单元、晶振电路单元和串口电路单元。

优选的，所述的温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器、光敏采集电路单元、电机驱动模块、限位开关和独立按键模块均与单片机电信号连接，所述的温度传感器和湿度传感器将传感器的数据库DATA与单片机的P2.0相连，所述的光敏采集电路单元与单片机的I/O口相连。

优选的，所述的电机驱动模块用于控制电机的正转、反转和停转，所述的电机驱动模块的正转、反转和停转分别用来模拟晒衣、收衣和停止的动作。

作为优选，所述的语音模块为微型扬声器、喇叭中的一种，所述的语音模块是用于提示用户当衣架远离阳台预定距离。

作为优选，所述的预定距离为5～10米。

优选的，所述的检测模块还设置有GPRS单元，所述的GPRS单元是用于定位衣架的实时位置信息。

优选的，所述的单片机采用的型号为STC89C52单片机，所述的液晶屏采用的型号是1602液晶屏，所述的液晶屏的RS、R/W、E分别接单片机的P1.0--P1.2。

作为优选，所述的温度传感器和湿度传感器采用的型号均为DHT11。

本发明提供了一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，与现有技术相比：应用单片机、温湿度传感器、光敏传感模块、GPRS单元和其他执行部件及模块而构建的智能晾衣系统，本发明不仅对现有产品中的手动晾衣功能进行改善，还设计并实现了自动收衣的功能，此外，当用户的衣服掉落衣架时，可以及时提醒用户，避免丢失贵重衣物，方便用户的使用。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于单片机的智能晾衣系统的结构示意图；

图2为本发明提供的晶振电路单元结构图；

图3为本发明提供的复位电路单元结构图；

图4为本发明提供的DHT11与单片机连接的结构图；

图5为本发明提供的光敏采集电路单元的电路结构图；

图6为本发明提供的液晶屏电路图；

图7为本发明提供的继电器驱动电路图；

图8为本发明提供的电机驱动电路图；

图9为本发明提供的独立按键电路图；

图10为本发明提供的限位开关接口电路图；

图11为本发明提供的电源供电电路图；

图12为本发明提供的一种基于单片机的智能晾衣系统的自动收衣流程图；

图13为本发明提供的一种基于单片机的智能晾衣系统的手动晾衣流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

参照附图1，一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，其中，所述的主控模块包括单片机，所述的主控模块用于数据的采集、处理、分析、显示及执行部件的控制等；

所述的检测模块包括温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器和光敏采集电路单元，所述的检测模块用于实时采集室外的温度值、湿度值、雨滴的状态和光照强度等；

所述的执行模块包括电机驱动模块、限位开关模块和独立按键模块，所述的执行模块用于对控制模块发出的指令进行执行；

所述的显示模块设置液晶屏，所述的显示模块用于实时显示系统的数据。

参照附图2、图3，所述的主控模块还设置有复位电路单元、晶振电路单元和串口电路单元，常用的晶振频率有8MHz、12MHz、11.0592MHz、24MHz等。在本发明中选用频率为11.0592MHz的晶振和30pF的稳频电容；在本方案中主控芯片是STC89C52RC单片机，该单片机的第9脚为复位引脚RST，在单片机工作的情况下，当外部电路使得RST端出现2个机器周期以上的高电平，系统内部复位，系统恢复到初始状态。

优选的，所述的温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器、光敏采集电路单元、电机驱动模块、限位开关和独立按键模块均与单片机电信号连接，所述的温度传感器和湿度传感器将传感器的数据库DATA与单片机的P2.0相连，所述的光敏采集电路单元与单片机的I/O口相连。

参照附图4，温湿度传感器DHT11采用单总线数据结构，在硬件连接上除了进行供电外，只需要将该传感器的数据口与单片机的一位I/O相连即可，通过单片机发送相应的时序和控制指令完成对环境温湿度的采集，在本系统中在该系统中将传感器的数据口DATA与单片机的P2.0相连。

参照附图5，光敏器件对环境中光强值的采集输出的是模拟量信号，需要经过AD转换芯片将该信号转化为单片机能够识别的数字信号，在本系统通过4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口AD芯片PCF8591来实现AD转换功能；图中，芯片的1-4脚为AD芯片的采集输入端，将其中一个引脚接到光敏器件的模拟量输出端，第9脚SDA和第10脚SCL作为该芯片的IIC输出接口，将其与单片机的I/O口相连，通过单片机发送相应时序控制AD芯片实现对光敏电阻的转换并传送到单片机。

参照附图7、图8，所述的电机驱动模块用于控制电机的正转、反转和停转，所述的电机驱动模块的正转、反转和停转分别用来模拟晒衣、收衣和停止的动作。

需要说明的是，继电器驱动电路附图7所示，主要通过PNP型的三极管S8550 来实现通过单片机的I/O口控制继电器的吸合与断开；三极管驱动继电器主要是应用三极管的放大特性和开关特性；当与单片机相连的I/0口输出低电平时，三极管导通，此时三极管的E极(发射极)与C极(集电极)间的阻值很小，此时电路相当于VCC经过继电器，再经过通过三极管接到地形成完整回路，继电器吸合；相反，当与单片机相连的I/0口输出高电平时，三极管截止，此时三极管的E极(发射极)与C极(集电极)间的阻值很大，电路无法形成回路，继电器不吸合。因此，我们可以通过程序控制与单片机相连I/O口的电平来控制继电器的吸合与关闭。

电机驱动电路如图8所示，在本方案中使用单片机I/O口P24和P25实现对继电器的吸合与断开的控制，从而控制电机的正转、反转和停转；开始时当检测到P24端口置低电平时，继电器1吸合，电机的正极接VCC，负极接地，此时电机进行正转，模拟晾衣动作，检测到限位开关1信号时完成晾衣动作；当检测到P25端口置低电平时，继电器2吸合，电机的正极接GND，负极接VCC，电机进行反转，模拟收衣动作，检测到限位开关2信号时完成收衣动作；在系统中设置JD1和JD2两个led灯实现对电机正转和反转的指示，当电机正转时，此时单片机的P24口为低电平，JD2灯点亮，用于对电机的正转进行指示；当电机反转时，单片机的P25口为低电平，JD1灯点亮，用于对电机的反转进行指示；当电机停转时，JD1和JD2均熄灭；由此通过观察JD1和JD2两个LED灯的状态来确定电机当前的运动状态。

本系统中的晾衣控制是通过与单片机P20端口相连独立按键来进行操作的，独立按键原理图如附图9所示。当按键按下，即将单片机的P20端口由高电平置为低电平，此时对单片机的P24端口赋值低电平，使得继电器1吸合，电机正转，进行晾衣动作，直到检测到限位开关信号停止转动，完成晾衣操作。

需要说明的是，限位电路用于给运行中的电机提供停止信号，即当电机进行正转或者反转时检测到限位开关按下则对单片机的P24和P25端口同时赋值高电平，2个继电器同时断开，电机停止转动，限位开关的工作原理与独立按键类似，在本系统中是用单片机的P37和P36端口来对限位开关是否按下的信号进行采集，当检测到P37或P36口被置为低电平时，说明对应的限位开关按下，电机执行停转动作；限位开关的接口电路附图10所示。

考虑到本系统只需要5V的供电电压，只需要用一根直流的5V电源供电线或电源适配器就可以适应整个系统的供电需求，电源电路如图11所示，SW表示 3线的拨动开关，当接上电后，SW像右拨动，系统上电，电源指示灯PD1被点亮，表示系统供电正常，没有短路的状况。

优选的，所述的语音模块为微型扬声器、喇叭中的一种，所述的语音模块是用于提示用户当衣架远离阳台预定距离。

作为优选，所述的预定距离为5～10米。

优选的，所述的检测模块还设置有GPRS单元，所述的GPRS单元是用于定位衣架的实时位置信息，当衣架掉落时，可以通过GPRS单元找到衣架，进而找到衣服。

参照附图6，所述的单片机采用的型号为STC89C52单片机，所述的液晶屏采用的型号是1602液晶屏，将单片机的P0口作为LCD1602的数据口，RS、R/W、E分别接单片机的P1.0--P1.2。

本领域技术人员可理解的是，STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向量2级中断结构)，全双工串行口。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机。AT89C52有40个引脚， 32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

在功能和资源上，这2款单片机均可以满足系统的功能需求，但从程序下载角度而言STC89C52可以支持串口直接下载程序，而AT公司的89C系列单片机需要价格昂贵的专业编程器才可烧写程序；而且从单片机单片芯片价格上来说，一般AT的单片机是STC单片机的1.5倍到2倍，因此，从实用性、经济性角度考虑，本系统中采用STC89C52单片机作为系统的控制核心。

本系统中自动收衣的触发信号是湿度值超限和光强值超限来提供的，其流程图如图12所示，而晾衣动作是通过独立按键来进行操作的，即当需要进行晾衣时，手动按下按下按键，电机正转，进行晾衣动作，直到限位开关1触碰到，电机停转，实现晾衣功能；其流程图如图13所示。

对于显示设备，常用的显示设备有数码管、1602液晶屏、12864液晶屏；根据系统需求，要求显示设备能够实时显示当前环境中的温度值、湿度值、光照强度值和电机当前所处的状态--正转、反转和停止；若选用3个4位一体的数码管作为显示设备，可采用动态显示的方式实现对每个功能数据进行实时显示，但是，在显示内容上只能显示单一的数据，不能对当前数据属于什么功能数据进行指示，在界面显示上数据容易混淆，不利于开发者和用户的观察；另外从控制角度来说，通常在不外加扩展电路的情况下，3个4位一体的数码管共需要 20个I/O(8个数据口和12个控制口)来对数码管的显示进行控制，不仅大大的占用单片机的资源，还在控制时序上给编程带来很大的麻烦，因此系统方案设计时首先淘汰以数码管作为显示设备。再看液晶屏1602和12864，2种液晶屏均可实现系统的上述功能，但是12864液晶屏价格昂贵，基本上是液晶屏1602 的3-4倍，从系统的实用性、经济性和性价比的角度考虑，决定选用1602液晶屏作为本系统的显示设备。

采用集温湿度采集于一体，且接口类型为单总线结构的温湿度传感器 DHT11实现本设计中实时采集环境温湿度值的功能；单片机通过发送固定时序给传感器，即可读取环境中的温度值和湿度值，单片机根据采集到的温度值和湿度值，一方面送至液晶显示屏进行实时显示；一方面将传感器数值分别与系统预置的安全阀值进行比较，若超限，单片机则向执行部件发送运行信号；以此完成本系统的温湿度采集与处理设计。

综上所述，本发明提供了一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，与现有技术相比：应用单片机、温湿度传感器、光敏传感模块、GPRS 单元和其他执行部件及模块而构建的智能晾衣系统，本发明不仅对现有产品中的手动晾衣功能进行改善，还设计并实现了自动收衣的功能，此外，当用户的衣服掉落衣架时，可以及时提醒用户，避免丢失贵重衣物，方便用户的使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于单片机的智能晾衣系统，包括电源模块、主控模块、检测模块、执行模块、显示模块和语音模块，所述的电源模块用于向系统供电，其特征在于：所述的电源模块、检测模块、显示模块和语音模块均与主控模块相连，其中，所述的主控模块包括单片机，所述的主控模块用于数据的采集、处理、分析、显示及执行部件的控制等；

所述的检测模块包括温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器和光敏采集电路单元，所述的检测模块用于实时采集室外的温度值、湿度值、雨滴的状态和光照强度等；

所述的执行模块包括电机驱动模块、限位开关模块和独立按键模块，所述的执行模块用于对控制模块发出的指令进行执行；

所述的显示模块设置液晶屏，所述的显示模块用于实时显示系统的数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的主控模块还设置有复位电路单元、晶振电路单元和串口电路单元。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的温度传感器、湿度传感器、雨滴传感器、光敏采集电路单元、电机驱动模块、限位开关和独立按键模块均与单片机电信号连接，所述的温度传感器和湿度传感器将传感器的数据库DATA与单片机的P2.0相连，所述的光敏采集电路单元与单片机的I/O口相连。

4.根据权利要求1或3任意所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的电机驱动模块用于控制电机的正转、反转和停转，所述的电机驱动模块的正转、反转和停转分别用来模拟晒衣、收衣和停止的动作。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的语音模块为微型扬声器、喇叭中的一种，所述的语音模块是用于提示用户当衣架远离阳台预定距离。

6.根据权利要求5所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的预定距离为5～10米。

7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的检测模块还设置有GPRS单元，所述的GPRS单元是用于定位衣架的实时位置信息。

8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的单片机采用的型号为STC89C52单片机，所述的液晶屏采用的型号是1602液晶屏，所述的液晶屏的RS、R/W、E分别接单片机的P1.0--P1.2。

9.根据权利要求3所述的一种基于单片机的智能晾衣系统，其特征在于：所述的温度传感器和湿度传感器采用的型号均为DHT11。