基于单片机的智能晾衣系统设计
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摘 要：在网络信息技术的推动下，智能家居得到了广泛应用，文章根据当前的市场动态，针对基于单片机的智能晾衣系统设计展开论述，具体包括两个方面的内容——硬件设计和软件设计。
关键词：单片机;智能晾衣系统;硬件设计;软件设计
中图分类号：TP368.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）19-0088-02
Abstract： With the promotion of network information technology， smart home has been widely used. According to the current market trends， this paper discusses the design of intelligent clothes drying system based on single chip microcomputer， including two aspects： hardware design and software design.
Keywords： single chip microcomputer; intelligent clothes drying system; hardware design; software design
引言
结合当前晾衣架系统研究发展现状，本文设计了一种智能晾衣架系统，可以帮助人们摆脱传统繁琐的晾衣程序。本次系统操作十分简单，占地空间比较小，具有美观实用的特点。本文主要从硬件设计和软件设计两个方面进行论述，为当前单片机的智能晾衣系统进一步优化设计提供借鉴。
1 硬件设计
本次单片机采用了光照和雨滴两个天气信号，然后控制旋转衣架。整个系统主要利用步进电机进行控制，在天晴的时候，可以把衣架转出，进行衣物的晾晒;在没有阳光或者在下雨的时候，就会自动转到室内，防止衣服被淋湿。
1.1 整体设计图
本次整体设计图如图1所示，整个系统在实际运行过程中，利用光照传感器和雨滴传感器感知周围的天气，然后进行判断，做出相应的动作。设计人员设计出光照和雨滴的阈值;单片机就会控制衣架来回转动，从而实现智能控制。
1.2 光照傳感器
为了对外部光照强度进行精准的测量，保证系统正常运行，在本次设计中，主要利用光敏电阻测量光照，随着光照逐渐的增强，光敏电阻逐渐减小，通过实际测量，可以分析光敏电阻的电子变化范围。在光照强度增强到很大的情况下，光敏电阻就会达到几百兆欧姆。在黑暗的条件下，光敏电阻的阻值为几兆欧姆。为了实现最为理想控制效果，保证光敏电阻阻值与实际操作向匹配，本次设计采用10K电阻，作为上拉电阻。根据实际实验的情况，在光照强度达到很大的条件下，光敏电阻值就非常小;在光照强度达到很小的条件下，就是周围非常黑暗，光敏电阻值就会很大。电压信号输出以后，通过电容滤波，就会保证信号波形更加平滑，提升了单片机信号处理的速度，避免由于光照强度不稳定导致系统出现误判的问题，如图2所示。
1.3 雨滴传感器设计
这种传感器又被称为雨滴检测传感器，主要是为了是否下雨、对雨滴冲击量、静电电容量以及光亮变的进行精确的检测，为系统做出下一步的动作提供帮助。在本次系统使用的雨滴传感器中，一旦有雨滴滴落在检测极板上，相应的电阻就会出现新的变化，传感器就会对输出的电压进行检测。
在雨滴传感器运行过程中，主要利用上拉10K电阻的方式，把电阻变化转化成电压变化，实现信号的调控。通过LED的指示说明，可以明确整个电路运行的基本情况。如图3所示。
1.4 衣架位置传感器
本次设计主要采用红外传感器对衣架的具体位置进行判断，在衣架运动到红外传感器范围内，红外传感器就会发出信号，单片机就会读取衣架的具体位置。
为了保证信号能够正常运行，本次设计在室内和室外分别安装一个红外检测传感器。在衣架位于室内时，为了保证位置在相应的范围内，红外传感器就对衣架的位置进行判断，防止出现移动过度或者不到位的问题。
1.5 STM32控制器
STM32控制器性能很强，可以投入少量的成本，属于一种低耗能的单片机。本次设计主要采用STM32F103C8T6单片机。在STM32系列单片机运用过程中，主要采用集成AD模块，通过控制器运行，就能实现AD转化和音频数据编码，对红外发射电路进行控制。
1.6 步进电机驱动电路设计
本次系统步进电机主要采用ULN2003驱动，具有耐高压和高性能的特点，主要由NPN复合晶体管组成，芯片运行原理图如图4所示。
在单片机运行过程中，主要利用IO控制输出驱动，进行信号输入。ULN2003输出的信号就会传输到步进电机的引脚上。如图5所示。
1.7 液晶显示屏
本次设计主要采用Nokia5110液晶，具有很高的性价比，接口简单便利，效果好，稳定性比较强。
2 软件设计
本次软件设计主要采用C语言。根据只能晾衣系统的要求，单片机会自动采集光照和雨滴两个天气信号，通过步进电机衣架的旋转，在天气晴朗没有下雨的条件下，系统就会把衣架转到室外，进行衣物的晾晒;在没有阳光、下雨的条件或者天黑的条件下，系统就会把衣架转到室内，防止被雨淋湿。
2.1 系统整体分析
如遇下雨天气，系统动作会进行转移到室内的操作;如遇未下雨阳光充足的天气，则将进行转移到室外的操作。系统会根据天气情况，做出相应的动作，为人们提供便利，减少了人为的操作。
2.2 软件算法
经过系统初始化、外设初始化计算以后，设计人员主要根据阳光与雨滴设计相应的阈值，从而进一步分析光照强度和雨滴强度，让系统做出判断，是否出去晾晒。在阳光强度没有达到要求、下雨以及天黑等条件下，系统不会晾晒衣物。但是根据系统实际运行的情况，需要进行定期的检查，防止被东西卡住。算法流程图如图6所示。
2.3 软件容错处理
本次系统主要采用时间累计的方式，对系统故障进行判断，根据实际实验的结果，衣架从而完成整个移动动作的时间大概为20秒，一旦累计时间超出了设计的时间（30秒），证明衣架位置传感器没有检测到衣架的位置，说明出现了故障，需要维护人员及时调整。
3 结束语
综上所述，通过对单片机智能晾衣系统的设计分析，系统会根据外面的天气情况做出转移到室内和转移到室外的动作，真正实现了无人操作，满足智能家居的设计要求。为了满足实际使用的要求，在未来设计中，还可以增加前后伸缩和上下伸缩的设计，不断完善现有系统性能，为客户提供更加便利的服务。
参考文献：
[1]李时默.基于52单片机的智能晾衣架系统设计[J].计算机产品与流通，2019（09）：120.
[2]史记征，梁晶.基于51单片机的智能晾衣架系统设计[J].电子测试，2019（11）：37-38.
[3]张士伟.基于单片机的智能晾衣架控制系统设计[J].价值工程，2019，38（03）：125-127.
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