畢業論文-基于at89s52單片機的智能晾衣架控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 進行校準 。校準系數以程序的形式儲存在 OTP 內存中，傳感器內部在檢測信號的處理過程中要調用這些校準系數 。 單線制串行接口，使系統集成變得簡易快捷 。 超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 m 以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇 。 產品為 4 針單排引腳 封裝 ， 連接方便，特殊封裝形式可根據用戶需求而提供 。 接口說明如圖 所示： 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 18 圖 DHT11 典型應用電路 第 光敏檢測電路 光敏電阻是根據光電導效應制成的光電探測器件，光敏電阻的阻值會隨著光照的強弱的變化而變化。光照強，光敏電阻的阻值就小；光照弱，光敏電阻 的阻 值 就大。光敏電阻的結構是在一塊光電導體兩端加上電極，貼在硬質玻璃、云母、高頻瓷或其他絕緣材料基板上，兩端接有電極引線，封裝在帶有窗口的金屬或塑料外殼內 。 光敏面做成蛇形， 電極作成梳狀是因為這樣既可以保證有 較大的受光表面，也可以減小電極之 間距離，從而既可以減小電極間電子渡越時間，也有利于提高靈敏度。在實際應用中，可以加直流偏壓，也可以加交流偏壓，它的電流隨電壓呈線性變化。 本系統中利用光敏電阻的感光特性來檢測光線的強弱程度，通過檢測光線的強弱程度來判斷白天和黑夜，同時可輔助濕度傳感器檢測陰天與晴天， 其電路結構圖如圖 所示： 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 19 圖 光敏檢測電路 電路中光敏電阻型號為 PGM5539， 系統實現原理是利用光敏電阻的光電特性即光敏電阻受光照時阻值小于無光照時來使系統工作。在圖中，電路工作前（正常光線下 ）， 調節電位器的阻值，使比較器 LM393的反向輸入端的電位低于同向端的電位，這時比較器輸出為高，隨著光線的變暗，光敏電阻阻值增大，同向端電壓低于 反相端時，比較器輸出變為低，則申請單片機外部中斷，單片機控制 電機將衣服收回。 第 直流 電機驅動電路 直流電機及 H 橋驅動電路 本設計采用 H橋直流電機驅動電路 ， 直流電機（ direct current machine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換 為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 20 電能。 直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。 直流電機工作原理： 直流電機里邊固定有環狀永磁體，電流通過轉子上的線圈產生安培力，當轉子上的線圈與磁場平行時，再繼續轉受到的磁場方向 將改變，因此此時轉子末端的電刷跟轉換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉動。 H 橋驅動電路如圖 所示， 電路得名于“ H 橋驅動電路”是因為它的形狀酷似字母 H。 4個三極管組成 H的 4 條垂直腿，而電機就是 H中的橫杠（注意：圖 及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅動電路沒有畫出來）。電機控制采用 H橋驅動電路， H橋式電機驅動電路包括 4 個三極管和一個電機。要使電機運轉，必須導通對角線上的一對三極管。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從 左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。 圖 H 橋驅動電路 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 21 要使電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。例如，如圖 所示，當 Q1管和 Q4 管導通時，電流就從電源正極經 Q1 從左至右穿過電機，然后再經 Q4 回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅動電機順時針轉動。當三極管 Q1和 Q4 導通時，電流將從左至右流過電機，從而驅動電機按特定方向轉動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。 圖 H 橋電路驅動電機順時針轉動 圖 所示為另一對三極管 Q2 和 Q3 導通的情況，電流將從右至左流過電 機。當三極管 Q2和 Q3 導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 22 圖 H 橋驅動電機逆時針轉動 使能控制和方向邏輯 驅動電機時，保證 H 橋上兩個同側的三極管不會同時導通非常重要。如果三極管Q1 和 Q2 同時導通，那么電流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實際驅動電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關。 圖 所示就是基于這種考慮的改進電路，它在基本 H橋電路的基礎上增加了 4個與門和 2 個非門。 4個與門同一個“使能”導通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關。而 2 個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在 H橋的同側腿上都只有一個三極管能導通。（與本節前面的示意圖一樣，圖 所示也不是一個完整的電路圖，特別是圖中與門和三極管直接連接是不能正常工作的。） 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 23 圖 具有使能控制和方向邏輯的 H 橋電路 采用以上方法，電機的運轉就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果 DIR－ L信號為 0， DIR－ R信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1和 Q4導通，電流從左至右流經電機（如圖 所示）；如果 DIR－ L信號變為 1，而DIR－ R 信號變為 0，那么 Q2和 Q3 將導通，電流則反向流過電機。 圖 使能信號與方向信號的使用 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 24 附 ： 分立元件的 H橋驅動電路 如圖 所示： 圖 分立元件的 H 橋驅動電路 由于單片機 IO口的輸出電流較小，不足以驅動直流電機，所以我們在單片機 IO口與驅動器 之間加了 74LS07作為驅動以增大單片機的負載能力。電路如圖 ： 圖 7407 驅動電路 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 25 第 4 章 控制系統軟件設計 第 程序流程圖 系統軟件設計采用結構化和模塊化設計方法，便于程序的編譯、調試。根據設計的要求，和前面描述的控制系統硬件設計的具體情況，單片機控制系統軟件程序流程圖如圖 所示： 圖 程序流程圖 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 26 第 節 程序 設計 C 語言是一種計算機程序設計語言。 它既有高級語言的特點，又具有匯編語言的特點 。 它可以作為系統設計語言，編寫工作系統應用程序，也可以作為應用程序設計語言，編寫不依賴計算機硬件的應用程序 。 C 語言對操作系統和系統使用程 序以及需要對硬件進行操作的場合，用 C語言明顯優于其它解釋型高級語言 .C 語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數據處理能力，因此適于編寫系統軟件，而且它是數值計算的高級語言 。 所以本次設計采用 C語言編程 。 第 節 系統初始化 軟件系統設計設置包括聲明庫函數如： include， include 等，溫濕度檢測采用 DHT11 溫濕度傳感器，由于 DHT11 的單總線方式，數據的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴格按照時序進行。 圖 流程圖。單片機 首先發送復位脈沖，該脈沖使信號線上所有的 DHT11 芯片都被復位，接著發送 ROM 操作命令，使得序列號編碼匹配的 DHT11 被激活。被激活后的 DHT11 進入接收內存訪問命令狀態，內存訪問命令完成溫濕度轉換、讀取等工作（ 單總線在 ROM命令發送之前存儲命令和 控制命令不起作用）。 接口 定義系統應用如下： sbit DQ=P1^7； //數據傳輸線接單片機的相應管腳 sbit key1=P1^3； //溫濕度切換 sbit key2=P2^4； //電機正轉使衣架打開 sbit key3=P3^5； //電機反轉使衣架收回 系統初 始化還要定系統中的數據變量如： bit FLAG； extern unsigned char LcdBuf[5]； INT8U LcdBuf[5]={0}； unsigned char tempL=0； //設全局變量 unsigned char tempH=1； float temperature； //w 溫濕度值保存在 temperature 里 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 27 第 節 溫濕度檢測 溫濕度檢測采用 DHT11 溫濕度傳感器，由于 DHT11 的單總線方式，數據的讀寫都占用同一根線，所以每一種操作都必須嚴格按照時序進行。圖 溫子系統流程圖。單片機首先發送復位脈沖，該脈沖使信號線上的 DHT11 芯片都被復位，接著發送ROM 操作命令，使得序列號編碼匹配的 DHT11 被激活。被激活后的 DHT11 進入接收內存訪問命令狀態，內存訪問命令完成溫度轉換、讀取等工作（單總線在 ROM命令發送之前存儲命令和控制命令不起作用）。 圖 溫度檢測流程圖 系統復位 發 匹配 ROM 指令 發 64 位 ROM 碼 發溫濕度轉換命令 系統復位 讀數據至內存 發讀暫存命令 發 64 位 ROM 碼 發匹配 ROM 指令 完成轉換？ 是 返回 否 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 28 濕度測試采用 555 轉換電路 來測試，系統首先通過外部定時器測出 555轉換電路的輸出頻率，根據測試頻率利用公式 計算出濕度傳感器阻抗，通過上面 DHT11 對溫度的測試，這里讀取溫度值，查詢下表 。 表 060℃濕度阻抗特性數據 15℃ 25℃ 35℃ 45℃ 55℃ 30% 137 35% 143 137 40% 5. 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 7 ff*10**210*10**2 4 0 0*636??? （ ） 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 29 第 電路原理分析 電路原理的設計可用 MULTISIM2020 進行仿真 (如圖 )。 J1開關代表 溫 濕度傳感器，當下雨時．水使 J1 導通，運放 U1 輸出低電平，通過 U2(555 集成電路 )單穩觸發電路，輸出高電平，定時時間 T=，其中 RPl 用于調節定時時間， J3為行程開關 (常閉觸點 )，用于控制衣架收回的幅度， U2 輸出高電平使 V1 飽和導通，繼電器 J4得電，常開觸點閉合，控制電機的正轉，晾衣架收回，自動實現收衣動作。當傳動桿碰到位置開關 J3 時。常閉觸點自動斷開， V1 截止，繼電器 J4 失電，開關斷開，電機停轉。 J2為手動控制開關．用于人工控制收衣動作。當 溫 濕度傳感器干時，J1 自 動斷開，使電路處于正常狀態。 RP3 電位器代表光敏傳感器 (光敏電阻 )， RP2 用于調節光敏電阻的靈敏度，當陽光充足時，光敏電阻阻值下降．使運放 U3 輸出低電平，經過 C4 和 R12 的微分電路，再通過 U4(555 集成電路 )單穩觸發電路，輸出高電平，定時時間 T=，其中 RP4 用于調節定時時問， J6 為行程開關 (常閉觸點 )，用于控制衣架伸出的幅度， U4 輸出高電平使 V2 飽和導通。繼電器 J7得電，常開觸點閉合，控制電機的反轉，晾衣架伸出，自動實現晾衣動作。當傳動桿碰到位置開關 J6 時。常閉觸點自動斷開， V2 截止 ，繼電器 J7 失電，開關斷開，電機停轉。 J5為手動控制開關，用于人工控制晾衣動作。 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 30 圖 電路原理圖 北京化工大學北方學院畢業設計（論文） 31 第 5 章 系統整體調試 按電路圖接好電路之后，就在 Keil uVision4 上編寫程序并用 JDT8052XP 仿真器作整機調試， JDT8052XP 仿真器兼容 Keil 公司 的 Kiel C51 開發環境 ,用戶能夠直 接在功能強大的集成環境下進行軟件設計和硬件調試。使用專業仿真芯片仿真標準MCS51 內核的單片機更加真實 ,性能更加可靠穩定 ,絕對沒有占用標準 MCS51 內核單片機的任何用戶資源。實時監測 和顯示目標 MCU 的 TXD 引腳輸出支持 Keil 的 printf函數打印輸出具備了實時跟蹤內部變量變化和程序輸出