智能晾衣杆控制系统设计
摘 要这次毕业设计最后完成了一种智能晾衣杆，选用了享誉盛名的STC89C51来作为控制器，通过STC89C51最小系统电路、液晶屏显示电路、有源蜂鸣器电路、ULN2003步进电机驱动电路和光线采集电路等电路的配置，可以实现天气检测、光照强度检测、自动收杆以及报警等功能，通过多方面的测试，这款系统无论是在硬件电路上还是软件程序上都可以流畅运行，特别是代码程序，通过专业软件的测试看出其底层的运行效率极高。在进行硬件系统设计时，思考到为可以将系统的成本、功率消耗以及系统外形体积开销降到最小，从而把全部无用以及可有可无的功能电路和模块进行裁剪，在软件上把使用不到的变量和函数进行屏蔽，使得软件代码量可以完成大幅度压缩，极大程度的提升程序运行的流畅性。验证环节中对智能晾衣杆控制系统的设计成果进行了逐个测试，通过测试结果数据的清楚显示，反映出了本系统具备极高的实用价值和推广潜力。
目录
一、 绪论 １
（一）智能晾衣杆的发展背景 １
（二）智能晾衣杆的国内外发展现状 ２
（三）本文主要研究内容 ２
二、 方案设计及元器件选择 ４
（一）智能晾衣杆的方案设计 ４
（二）STC89C51处理器芯片简介 ４
（三）小型步进电机简介 ５
（四）光敏传感器简介 ５
（五）雨水传感器简介 ６
三、 系统硬件设计 ７
（一）STC89C51单片机最小系统电路设计 ７
（1）复位电路设计 ７
（2）时钟电路设计 ７
（二）天气恶劣报警电路设计 ８
（三）晾衣杆收缩电路设计 ８
（四）室外光线检测电路设计 ８
（五）是否下雨检测电路设计 ９
（六）晾衣杆显示屏电路设计 ９
（七）按键电路设计 １０
四、 系统软件设计 １１
（一）智能晾衣杆的主程序流程设计 １１
（二）步进电机驱动子程序设计 １１
（三）室外光线检测驱动子程序设计 １２
（四）是否下雨检测子流程设计 １３
五、 实物制作与安装 １４
六、 总结 １ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
５
七、 致 谢 １５
八、 参考文献 １６
附录一 原理图 １７
附录二 PCB图 １８
附录三 元件列表 ２０
附录四 程序代码 ２１
绪论
（一）智能晾衣杆的发展背景
如图1所示，此晾衣杆是现代智能生活下的一种类型，智能晾衣杆系统的出现是在处理器芯片等微处理器设计技术完善另外获得大范围应用以后而出现的，其技术实现的并且亦带动了单片机技术的向前发展。所谓的智能晾衣杆控制系统说的是一种通过微处理器当作主控电路，在硬件上通过各种传感器电路的构建和必要的接口电路的扩展，在软件上通过程序语言的编写而实现的一种智能控制系统。智能智能晾衣杆控制系统的出现是多种新型科学技术的交汇产物，大规模集成电路技术出现后使得智能晾衣杆控制系统的发展极为迅速，该新兴技术使单位面积的电路板上可以印制出更为复杂的线路和更多的模块数目，不但如此，大幅度集成技术使智能晾衣杆控制系统的工作稳定性能获得了极大的提升。
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图1 智能晾衣杆
在智能晾衣杆控制系统中单片机芯片的角色处于一个司令部的地位，设计者将通过极大程度改进过的编程代码烧录到其芯片中，系统把在程序指令的操控下高效有序的执行每一个功能，而且由于新型智能晾衣杆系统中大多数选用的是数字芯片，这类芯片不同于传统的模拟电路，它对温湿度、气压等环境参数的干扰含有大幅度的抵抗性，不会随着时间的迁移而电路参数会发生更改，使得智能晾衣杆系统的工作精度和准确度都下降。以主控芯片当作主控器件的智能晾衣杆控制系统具备一项传统系统中所不具有的优秀性能，因为每块单片机芯片都具有独立的烧写程序代码的接口，设计人员可以通过这个接口对智能晾衣杆系统内部代码进行持续更新和改进，这就使新型智能晾衣杆控制系统能够具有更新特点，使运行效果时刻在可更新的状态，而传统的智能晾衣杆控制系统所有是由模拟电路配置实现的，这其中分立式器件居多，一旦布局设计实现，近似任何一个器件的参数都不能发生改变，牵一发而动全身是该传统智能晾衣杆系统的特征，所以它就无法实现频繁的功效更新，通过这可以看出以主控处理器当作控制器的智能晾衣杆控制系统把全面取代传统系统的趋势。在此基础上本课题结合了大学期间所学的专业知识另外结合自身对于处理器芯片的设计开发经验，提出构建一种以STC89C51为主控器件的智能智能晾衣杆控制系统，通过这款系统的配置来对大学期间学习生活进行全面总结。
（二）智能晾衣杆的国内外发展现状
通过对互联网和图书馆中智能晾衣杆系统的设计开发文献等一些相关材料进行翻阅和归纳总结后，能够发现当前市面上的绝大多数智能晾衣杆控制系统产品处于一种略过时的现状，这些智能晾衣杆控制系统是嵌入式，并非集成电路，运行起来速度慢、效率低。对现如今市面上现存的智能晾衣杆控制系统来说，它们所呈现出的共同缺点是高功耗、外观设计感不佳另外技术支持力度低等，其中高功耗较为突出，这是因为初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在智能晾衣杆系统中获得普及，这是其电压电流消耗大的一个主要原因。国内外正在以一种炙手可热的研究状态对智能晾衣杆系统进行研发，因为较早期的智能晾衣杆控制系统早已不能符合现如今人们对于它的多功能和高性能的指标要求，因此对于新型系统的需求量正在不断上升，这也是国内外的专家学者目前主要的研究目标。
（三）本文主要研究内容
论文的第一部分表述了智能晾衣杆系统在历史上每个时期和各个版本所发挥出的典型特点，讲述了这类系统的发展过程，并通过对期刊杂志和文献资料的调研查阅，描述了该系统目前的现状以及所遇到的主要问题。
论文的第二部分对智能晾衣杆的硬件电路中将要使用的首要元件进行了性能指标以及应用技巧等参考资料的介绍，并交代了各元器件在系统中所起到的主要作用。
论文的第三部分实现了对智能晾衣杆控制系统的硬件系统构建，涵盖STC89C51最小系统电路、参数显示电路、报警电路、ULN2003步进电机驱动电路和等电路，和这些子电路与STC89C51之间的连接关系。
论文的第四部分完成了对智能晾衣杆系统的软件程序配置，首先说明了主程序的工作流程，接着对每个子程序的工作流程通过流程图的方式进行描述。
论文的第五部分通过多个角度的反复测试完成了对智能晾衣杆系统的软硬件配置的合理性进行了验证，并通过图片把设计结果进行了展示。
方案设计及元器件选择
（一）智能晾衣杆的方案设计
如图2所示，此方案能够较为清晰的反映智能晾衣杆系统，根据控制与被控的关系，控制器和各模块相互间实现了各自间的驱动指令输入输出。智能晾衣杆系统的单片机最小系统电路由复位电路和时钟电路和STC89C51芯片组成，它是整个系统的关键核心，用于实现对LCD1602、有源蜂鸣器、步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和光敏传感器等电子元件进行控制。显示模块采用LCD1602液晶屏，用于实现对智能晾衣杆运行状况的显示；报警器由蜂鸣器以及MOS管构成，用于实现当光照强度低于设定阀值时进行报警；步进电机用于实现对晾衣杆的拖动；光照检测模块由光敏传感器构成，用于实现对室外光照强度的检测；按键电路由机械按键构成，用于实现手动启闭晾衣杆的晾衣杆，这就是各模块的主要功能介绍。
目录
一、 绪论 １
（一）智能晾衣杆的发展背景 １
（二）智能晾衣杆的国内外发展现状 ２
（三）本文主要研究内容 ２
二、 方案设计及元器件选择 ４
（一）智能晾衣杆的方案设计 ４
（二）STC89C51处理器芯片简介 ４
（三）小型步进电机简介 ５
（四）光敏传感器简介 ５
（五）雨水传感器简介 ６
三、 系统硬件设计 ７
（一）STC89C51单片机最小系统电路设计 ７
（1）复位电路设计 ７
（2）时钟电路设计 ７
（二）天气恶劣报警电路设计 ８
（三）晾衣杆收缩电路设计 ８
（四）室外光线检测电路设计 ８
（五）是否下雨检测电路设计 ９
（六）晾衣杆显示屏电路设计 ９
（七）按键电路设计 １０
四、 系统软件设计 １１
（一）智能晾衣杆的主程序流程设计 １１
（二）步进电机驱动子程序设计 １１
（三）室外光线检测驱动子程序设计 １２
（四）是否下雨检测子流程设计 １３
五、 实物制作与安装 １４
六、 总结 １ *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
５
七、 致 谢 １５
八、 参考文献 １６
附录一 原理图 １７
附录二 PCB图 １８
附录三 元件列表 ２０
附录四 程序代码 ２１
绪论
（一）智能晾衣杆的发展背景
如图1所示，此晾衣杆是现代智能生活下的一种类型，智能晾衣杆系统的出现是在处理器芯片等微处理器设计技术完善另外获得大范围应用以后而出现的，其技术实现的并且亦带动了单片机技术的向前发展。所谓的智能晾衣杆控制系统说的是一种通过微处理器当作主控电路，在硬件上通过各种传感器电路的构建和必要的接口电路的扩展，在软件上通过程序语言的编写而实现的一种智能控制系统。智能智能晾衣杆控制系统的出现是多种新型科学技术的交汇产物，大规模集成电路技术出现后使得智能晾衣杆控制系统的发展极为迅速，该新兴技术使单位面积的电路板上可以印制出更为复杂的线路和更多的模块数目，不但如此，大幅度集成技术使智能晾衣杆控制系统的工作稳定性能获得了极大的提升。
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图1 智能晾衣杆
在智能晾衣杆控制系统中单片机芯片的角色处于一个司令部的地位，设计者将通过极大程度改进过的编程代码烧录到其芯片中，系统把在程序指令的操控下高效有序的执行每一个功能，而且由于新型智能晾衣杆系统中大多数选用的是数字芯片，这类芯片不同于传统的模拟电路，它对温湿度、气压等环境参数的干扰含有大幅度的抵抗性，不会随着时间的迁移而电路参数会发生更改，使得智能晾衣杆系统的工作精度和准确度都下降。以主控芯片当作主控器件的智能晾衣杆控制系统具备一项传统系统中所不具有的优秀性能，因为每块单片机芯片都具有独立的烧写程序代码的接口，设计人员可以通过这个接口对智能晾衣杆系统内部代码进行持续更新和改进，这就使新型智能晾衣杆控制系统能够具有更新特点，使运行效果时刻在可更新的状态，而传统的智能晾衣杆控制系统所有是由模拟电路配置实现的，这其中分立式器件居多，一旦布局设计实现，近似任何一个器件的参数都不能发生改变，牵一发而动全身是该传统智能晾衣杆系统的特征，所以它就无法实现频繁的功效更新，通过这可以看出以主控处理器当作控制器的智能晾衣杆控制系统把全面取代传统系统的趋势。在此基础上本课题结合了大学期间所学的专业知识另外结合自身对于处理器芯片的设计开发经验，提出构建一种以STC89C51为主控器件的智能智能晾衣杆控制系统，通过这款系统的配置来对大学期间学习生活进行全面总结。
（二）智能晾衣杆的国内外发展现状
通过对互联网和图书馆中智能晾衣杆系统的设计开发文献等一些相关材料进行翻阅和归纳总结后，能够发现当前市面上的绝大多数智能晾衣杆控制系统产品处于一种略过时的现状，这些智能晾衣杆控制系统是嵌入式，并非集成电路，运行起来速度慢、效率低。对现如今市面上现存的智能晾衣杆控制系统来说，它们所呈现出的共同缺点是高功耗、外观设计感不佳另外技术支持力度低等，其中高功耗较为突出，这是因为初期的处理器还不具备低功耗性能，CMOS技术还没有在智能晾衣杆系统中获得普及，这是其电压电流消耗大的一个主要原因。国内外正在以一种炙手可热的研究状态对智能晾衣杆系统进行研发，因为较早期的智能晾衣杆控制系统早已不能符合现如今人们对于它的多功能和高性能的指标要求，因此对于新型系统的需求量正在不断上升，这也是国内外的专家学者目前主要的研究目标。
（三）本文主要研究内容
论文的第一部分表述了智能晾衣杆系统在历史上每个时期和各个版本所发挥出的典型特点，讲述了这类系统的发展过程，并通过对期刊杂志和文献资料的调研查阅，描述了该系统目前的现状以及所遇到的主要问题。
论文的第二部分对智能晾衣杆的硬件电路中将要使用的首要元件进行了性能指标以及应用技巧等参考资料的介绍，并交代了各元器件在系统中所起到的主要作用。
论文的第三部分实现了对智能晾衣杆控制系统的硬件系统构建，涵盖STC89C51最小系统电路、参数显示电路、报警电路、ULN2003步进电机驱动电路和等电路，和这些子电路与STC89C51之间的连接关系。
论文的第四部分完成了对智能晾衣杆系统的软件程序配置，首先说明了主程序的工作流程，接着对每个子程序的工作流程通过流程图的方式进行描述。
论文的第五部分通过多个角度的反复测试完成了对智能晾衣杆系统的软硬件配置的合理性进行了验证，并通过图片把设计结果进行了展示。
方案设计及元器件选择
（一）智能晾衣杆的方案设计
如图2所示，此方案能够较为清晰的反映智能晾衣杆系统，根据控制与被控的关系，控制器和各模块相互间实现了各自间的驱动指令输入输出。智能晾衣杆系统的单片机最小系统电路由复位电路和时钟电路和STC89C51芯片组成，它是整个系统的关键核心，用于实现对LCD1602、有源蜂鸣器、步进电机、ULN2003步进电机驱动芯片和光敏传感器等电子元件进行控制。显示模块采用LCD1602液晶屏，用于实现对智能晾衣杆运行状况的显示；报警器由蜂鸣器以及MOS管构成，用于实现当光照强度低于设定阀值时进行报警；步进电机用于实现对晾衣杆的拖动；光照检测模块由光敏传感器构成，用于实现对室外光照强度的检测；按键电路由机械按键构成，用于实现手动启闭晾衣杆的晾衣杆，这就是各模块的主要功能介绍。
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