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基于51单片机的晾晒被子机设计

摘要:从生活中被子因摆放位置固定导致晾晒不充分现象出发,以51系列单片机为主控芯片,设计了晾晒被子机。主控芯片从温湿度传感器DHT11采集信息并进行处理后,通过LCD1602液晶显示器实时显示周围环境温度和湿度,当湿度高于某一阈值时,判定“即将下雨”。降雨来临之间通过控制驱动器驱动直流电机,将被子牵引至室内,使其免遭雨水侵袭。晾晒被子机操作简单、运行稳定,成本低廉、改善了人们生活质量。

关键词:51系列单片机;DHT11温湿度传感器;直流电机。

随着社会经济的发展,人们对生活品质的追求不断提高对晾晒被子作为一种极为常见的日常生活事项。然而,诸如云贵高原、两广地区的天气犹如娃娃的脸一般朝晴暮雨,而这样的天气给人们带来了很多麻烦,早上晒的被子,下午都被淋湿了,这不仅仅影响心情,还给人们带来了一定的经济损失。为解决上述问题,我们设计出了这款晾晒被子机,用户将被子摆在晾晒架上,系统供电后会实时检测周边的温湿度,当湿度达到设定的阈值时,被子就会被直流电机牵引到室内。
1. 系统方案设计
1.1晾晒被子机组成
图1所示,智能晾晒系统主要由控制器、晾晒工作台、LCD1602显示屏、直流电机以及温湿度传感器五部分组成。温湿度传感器将周围环境检测信号传送给控制器经过相应处理后输出给控制器面板上的LCD1602显示周围环境温度和湿度,直流电机用于牵引被子至室内。

图1 系统结构示意图
1.2晾晒被子机功能
晾晒被子机带有液晶屏显示功能,能实时显示目前周围环境温湿度,方便用户及时掌握当前晾晒条件是否适宜。
智能晾晒系统具有自动牵引被子功能,能适应准确无误地应答单片机所给的信号,增强了系统的自适应能力。
2控制系统工作原理
2.1综述工作原理
图2所示,控制器作为系统核心组成部分,主要由主控芯片、电源模块、检测模块、显示屏、驱动模块五部分组成。系统上电启动后,电源模块将单相交流电转换为各芯片器件正常工作的直流电压,检测模块将相应传感器采集的信号经过放大电路放大处理后传送给A/D芯片转换为主控芯片所能识别的数字信号,主控芯片将接收到的检测信号进行分析比较后输出控制信号分别给显示屏与驱动模块,显示屏显示当前周围环境温湿度,驱动模块驱动直流电机转动。

图2.控制系统工作原理图
2.2系统硬件设计
2.2.1主控芯片选择
控制芯片我们选择STC89C51。89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
2.2.2检测模块选择
检测模块我们选择了温湿度传感器DHT11,DHT11 数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个 NTC 测温元件,并与一个高性能 8 位单片机相连接。具有成本低、长期稳定、相对湿度和温度测量、 品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、 超长的信号传输距离、数字信号输出、精确校准等优点。主要应用于暖通空调、除湿器、测试及检测设备、消费品、汽车、自动控制、数据记录器、气象站、家电、湿度调节器、医疗、其他相关湿度检测控制。
2.2.3显示模块选择
 液晶作为显示输出设备,具有体积小、功耗低、价格便宜等优点,系统选用LCD1602液晶显示屏,工作电压为3.3 V--5 V,内置复位电路,具有对比度可调和背光功能,显示两行字符,程序设计第一行显示温度,第二行显示湿度。
2.2.4驱动模块选择
驱动电路选择L298N,L298N是专用驱动集成电路,属于H桥集成电路,与L293D的差别是其输出电流增大,功率增强。其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机直接相联,从而很方便地受单片机控制。当驱动直流电机时,可以直接控制步进电机,并可以实现电机正转与反转,实现此能只需改变输入端的逻辑电平。
3.系统软件设计
3.1系统总体软件设计
 程序流程如图3所示,系统上电后首先进人初始化程序,其中包含液晶屏初始化、系统位置初始化及各温湿度传感器初始化,液晶显示当前温湿度值,并每隔1s向主控芯片传送一组信息,主控芯片通过比较当前湿度与阈值的差别,判断湿度是否到达阈值以判断是否即将下雨。如果当前湿度达到阈值并保持1分钟,我们就判断“即将下雨”,然后主控芯片开始控制直流电机转动,使其把被子牵引至室内;如果当前湿度未达到阈值,或未保持1分钟达到阈值状态,我们就判定天气状况良好,并保持晾晒状态。

图3.系统总体软件系统
3.2.DHT11程序设计
DHT11 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线,系统中数据交换、控制均由单总线完成。设备(主机或从机)通过一个漏枀开路或三态端口连至该数据线,以允许设备在不发送数据时能够释放总线,而让其它设备使用总线;单总线通常要求外接一个约 5.1kΩ 的上拉电阻,这样,当总线闲置时,其状态为高电平。由于它们是主从结极,只有主机呼叫从机时,从机才能应答,因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列,如果出现序列混乱,器件将不响应主机。用户主机(MCU)发送一次开始信号后, DHT11 从低功耗模式转换到高速模式, 待主机开始信号结束后, DHT11 发送响应信号,送出 40bit 的数据,并触发一次信采集。数据时序如图4.

图4.数据时序图
3.3直流电机程序设计
用51单片机产生控制直流电机的PWM波需要用到内部定时器来实现,可用两个定时器实现,也可以用一个定时器实现。用两个定时器的方法是用定时器T0来控制频率,定时器T1来控制占空比。大致的的编程思路是这样的:T0定时器中断让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1是让IO口输出低电平,这样改变定时器T0的初值就可以改变频率,改变定时器T1的初值就可以改变占空比。程序流程图如图5。

图5.产生PWM波流程图
4.阈值的选择
下雨时室外的湿度不是一个定值,因为空气中的湿度场是在不停变化的,有的地方的湿度能达到95%左右,但有的地方湿度在80%左右徘徊,这取决于水汽分压与饱和蒸汽压的比。但大多数的雨水天气湿度在80%~90%之间。以防大雨突然来袭,来不及牵拉被子,所以我们这里把湿度阈值设定在70%
5.总结与感谢
以51系列单片机为主控芯片,结合传感检测技术、自动控制技术设计了晾晒被子机,此系统不仅具有实时显示周围环境功能,还能智能牵拉被子到室内,解决了生活中因不能及时收取被子而造成财产损失的问题,提高了人们的生活质量水平,系统结构简单,操作方便,应用前景广阔,此设计方法具有一定的指导创新意义。
在本设计的开题与制作过程中,我得到了信息工程学院各级领导的帮助与指导,特别鸣谢刘院长和禹教授,是他们给了我这样一个绝佳的机会,让我深刻认识到自己的不足并指引我努力前行。
论文发表 | 论文范文 | 0 | 2018/5/8 13:28:26 | 小张
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