单片机的智能晾衣架设计与实现
摘 要本课题对当前大量智能晾衣架相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了STC89C51单片机来作为控制器芯片，结合了DHT11型温湿度传感器、光敏传感器、步进电机以及LCD1602液晶屏等核心器件，设计了一款可以实现室外温湿度检测、光照强度检测、自动升蓬以及报警等功能的智能晾衣架控制系统，在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款智能晾衣架控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） 小型步进电机介绍 4
（四） DHT11温湿度传感器 5
（五） 光敏传感器模块介绍 6
（六） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能晾衣架系统的硬件结构框图设计 8
（二） STC89C51单片机电路设计 8
1. 晶振电路设计 8
2. 复位电路设计 9
（三） 帐篷拖动电路设计 9
（四） 温湿度传感器电路设计 10
（五） 光照检测电路设计 11
（六） 报警器电路设计 11
（七） 显示模块电路设计 12
（八） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 智能晾衣架系统的软件工作流程设计 13
（二） 帐篷拖动驱动流程设计 14
（三） DHT11温湿度传感器工作流程设计 14
（四） 光照检测流程设计 15
（五） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 15
五、 实物制作与安装 16
总 结 17
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
一、引言
智能晾衣架控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配室外天气状况检测、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种智能晾衣架控制系统主要为了完成根据天气状况自动收取衣服从而实现对衣物进行保护等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能晾衣架系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能晾衣架系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如电动收取衣架等功能的加入，使得传统智能晾衣架系统更加具有实用性，大大节省了人力物力，使用者在用这种传统智能晾衣架系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能晾衣架系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能晾衣架系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能晾衣架系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将雨水传感器、温湿度传感器、光照传感器等模块的搭配，实现了根据天气条件自动收取衣架等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能晾衣架控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能晾衣架系统的最佳搭配。
智能晾衣架控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能晾衣架控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能晾衣架系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能晾衣架控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能晾衣架系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能晾衣架系统也在不断提高其性价比。
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
使用STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现对DHT11温湿度传感器、光敏传感器、LCD1602液晶屏、步进电机以及报警器等模块的驱动；
系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
配置DHT11温湿度传感器，实现对室外温湿度的快速检测；
配置光敏传感器电路，实现对室外光照状况的检测；
配置LCD1602液晶屏电路，实现对智能晾衣架运行状态的显示；
配置步进电机电路，实现对帐篷的拖动；
当室外温湿度和光照强度低于设定阀值时，通过蜂鸣器进行报警，若一分钟内无人应答，系统自动将帐篷升起。
二、方案选择及元器件介绍
（一）控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
目录
一、 引言 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） 小型步进电机介绍 4
（四） DHT11温湿度传感器 5
（五） 光敏传感器模块介绍 6
（六） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 8
（一） 智能晾衣架系统的硬件结构框图设计 8
（二） STC89C51单片机电路设计 8
1. 晶振电路设计 8
2. 复位电路设计 9
（三） 帐篷拖动电路设计 9
（四） 温湿度传感器电路设计 10
（五） 光照检测电路设计 11
（六） 报警器电路设计 11
（七） 显示模块电路设计 12
（八） 按键电路 12
四、 软件系统设计 13
（一） 智能晾衣架系统的软件工作流程设计 13
（二） 帐篷拖动驱动流程设计 14
（三） DHT11温湿度传感器工作流程设计 14
（四） 光照检测流程设计 15
（五） LCD1602字符点阵屏幕驱动流程设计 15
五、 实物制作与安装 16
总 结 17
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
附录二 元件列表 22
附录三 程序 23
一、引言
智能晾衣架控制系统就是指一种内部嵌入单片机等微处理器作为主控芯片，在单片机片外搭配室外天气状况检测、高精度液晶屏、按键、报警器以及某些无线收发模块，这些系统所表现出的特点往往是以单片机作为核心部分，在软件上以SPI、IIC或者串口等一些典型接口进行相互之间数据收发。本课题将要设计的这种智能晾衣架控制系统主要为了完成根据天气状况自动收取衣服从而实现对衣物进行保护等功能，能够实现这种功能的系统或者机械结构在很早以前就已经出现了，较早期的智能晾衣架系统在组成上以机械结构占据主要部分，在功能的实现上也主要是以机械结构来实现的，随着电子技术逐渐发展后，设计者将一些简易的电子功能融入到传统智能晾衣架系统中，虽然这些功能在实现难度上非常容易，但是诸如电动收取衣架等功能的加入，使得传统智能晾衣架系统更加具有实用性，大大节省了人力物力，使用者在用这种传统智能晾衣架系统时能够得到更高的使用体验感，因此设计者们意识到这一趋势之后，不断将当时较为先进的电子技术和成熟控制技术嵌入到传统智能晾衣架系统内部。在二十世纪后半页半导体技术和单片机技术实现大发展后，传统智能晾衣架系统迎来了发展的新契机，单片机丰富的控制方式和成熟的控制性能得到了设计师的一致好评，这一时机的智能晾衣架系统设计人员纷纷将单片机控制系统进行嵌入，通过将雨水传感器、温湿度传感器、光照传感器等模块的搭配，实现了根据天气条件自动收取衣架等新型智能功能。上世纪七十年代后期集成传感器技术的成熟为新型智能晾衣架控制系统的发展注入了新鲜的血液，这些外型小巧、测量灵敏的传感器探头往往能够按照被测对象的变化而按规律输出相应能够被测量到的电压/电流信号，通过单片机等微处理器与集成传感器的搭配，是实现更高性能智能晾衣架系统的最佳搭配。
智能晾衣架控制系统在我国的研究起步期相对较晚，其开始时间大约可以追溯到二十世纪初，当时单片机控制系统在国内飞速普及后，使得国内一些技术从业人员开始将目光对准了将单片机系统嵌入到智能晾衣架控制系统内部，国内的相关技术人员不断从国外一些先进的成熟系统中进行学习，在此基础上能够实现一些简单的开环控制系统，但是对于智能晾衣架系统的复杂控制，相对于当时国外一些发达国家还有一定的差距。目前国内外对于智能晾衣架控制系统的研究仍旧处于一种热情的状态，由于微处理器技术不断发展，这在很大程度上不断促进智能晾衣架系统向前发展，得益于微处理器的处理速度、处理性能、生产成本以及稳定性的逐渐提升，使得智能晾衣架系统也在不断提高其性价比。
本课题在经过对当前市面上相关产品的大量调研后，结合自身的专业知识掌握程度，最终确立了如下的设计研究内容：
使用STC89C51单片机作为主控芯片，结合其他模块构建一个51单片机最小系统，实现对DHT11温湿度传感器、光敏传感器、LCD1602液晶屏、步进电机以及报警器等模块的驱动；
系统采用直流正5V电压进行供电，具有较低的功率消耗；
配置DHT11温湿度传感器，实现对室外温湿度的快速检测；
配置光敏传感器电路，实现对室外光照状况的检测；
配置LCD1602液晶屏电路，实现对智能晾衣架运行状态的显示；
配置步进电机电路，实现对帐篷的拖动；
当室外温湿度和光照强度低于设定阀值时，通过蜂鸣器进行报警，若一分钟内无人应答，系统自动将帐篷升起。
二、方案选择及元器件介绍
（一）控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发；在片内集成的功能模块资源上，STC89C51有两个定时器、两个外部中断和一个UART模块；在GPIO管脚的数量方面，STC89C51单片机只有32个可供用户软件配置的管脚，并且只有P3.2和P3.3两个管脚具有外部中断能力，其他管脚无捕获触发功能；在成本方面，STC89C51单片机的市场均价为3元一片，配合其他开发设备，总价不多于10元，是一款非常适合学生进行实验的单片机芯片；在开发资料方面，无论是学校图书馆还是网络上，都有大量丰富的开发资源，这点非常有利于本次毕业设计的进行。
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