毕业论文-基于89s52单片机的智能晾衣架控制系统设计

毕业论文-基于89s52单片机的智能晾衣架控制系统设计内容摘要：

传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。 校准系数以程序的形式储存在 OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。 单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。 超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达 20 m 以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。 产品为 4 针单 排引脚封装 ， 连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。 接口说明如图 所示： 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 18 图 DHT11 典型应用电路 第 光敏检测电路 光敏电阻是根据光电导效应制成的光电探测器件，光敏电阻的阻值会随着光照的强弱的变化而变化。 光照强，光敏电阻的阻值就小；光照弱，光敏电阻 的阻 值 就大。 光敏电阻的结构是在一块光电导体两端加上电极，贴在硬质玻璃、云母、高频瓷或其他绝缘材料基板上，两端接有电极引线，封装在带有窗口的金属或塑料外壳内。 光敏面做成蛇形， 电极作成梳状是因为这样既可以保证有 较大的受光表面，也可以减小 电极之间距离，从而既可以减小电极间电子渡越时间，也有利于提高灵敏度。 在实际应用中，可以加直流偏压，也可以加交流偏压，它的电流随电压呈线性变化。 本系统中利用光敏电阻的感光特性来检测光线的强弱程度，通过检测光线的强弱程度来判断白天和黑夜，同时可辅助湿度传感器检测阴天与晴天， 其电路结构图如图 所示： 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 19 图 光敏检测电路 电路中光敏电阻型号为 PGM5539， 系统实现原理是利用光敏电阻的光电特性即光敏电阻受光照时阻值小于无光照时来使系统工作。 在图中，电路工作前（正常光线下 ），调节电位器的阻值，使比较器 LM393 的反向输入端的电位低于同向端的电位，这时比较器输出为高，随着光线的变暗，光敏电阻阻值增大，同向端电压低于 反相端时，比较器输出变为低，则申请单片机外部中断，单片机控制 电机将衣服收回。 第 直流 电机驱动电路 直流电机及 H 桥驱动电路 本设计采用 H桥直流电机驱动电路 ， 直流电机（ direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。 它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。 当它作电动机运行时是直流电动机，将电 能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 20 电能。 直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。 直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。 运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 直流电机工作原理： 直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁 场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。 H桥驱动电路如图 所示， 电路得名于“ H 桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母 H。 4个三极管组成 H 的 4 条垂直腿，而电机就是 H中的横杠（注意：图 随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 电机控制采用 H 桥驱动电路， H桥式电机驱动电路包括 4个三极管和一个电机。 要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。 根据不同三极管对的导通情况，电流可 能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图 H 桥驱动电路 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 21 要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。 例如，如图 所示，当 Q1管和 Q4 管导通时，电流就从电源正极经 Q1 从左至右穿过电机，然后再经 Q4 回到电源负极。 按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。 当三极管 Q1和 Q4 导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图 H 桥电路驱动电机顺时针转动 图 所示为另一对三极管 Q2 和 Q3 导通的情况，电流将从右至左 流过电机。 当三极管 Q2和 Q3 导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 22 图 H 桥驱动电机逆时针转动 使能控制和方向逻辑 驱动电机时，保证 H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。 如果三极管Q1 和 Q2 同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。 此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。 基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开 关。 图 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本 H桥电路的基础上增加了 4个与门和 2 个非门。 4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。 而 2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在 H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。 （与本节前面的示意图一样，图 不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。 ） 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 23 图 具有使能控制和方向逻辑的 H 桥电路 采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。 如果 DIR－ L信号为 0， DIR－ R信号为 1，并且使能信号是 1，那么三极管 Q1和 Q4导通，电流从左至右流经电机（如图 所示）；如果 DIR－ L 信号变为 1，而DIR－ R 信号变为 0，那么 Q2和 Q3将导通，电流则反向流过电机。 图 使能信号与方向信号的使用 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 24 附 ： 分立元件的 H桥驱动电路 如图 所示： 图 分立元件的 H 桥驱动电路 由于单片机 IO口的输出电流较小，不足以驱动直流电机，所以我们在单片机 IO口与驱动器 之间加了 74LS07作为驱动以增大单片机的负载能力。 电路如图 ： 图 7407 驱动电路 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 25 第 4 章 控制系统软件设计 第 程序流程图 系统软件设计采用结构化和模块化设计方法，便于程序的编译、调试。 根据设计的要求，和前面描述的控制系统硬件设计的具体情况，单片机控制系统软件程序流程图如图 所示： 图 程序流程图 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 26 第 节 程序 设计 C 语言是一种计算机程序设计语言。 它既有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。 它可以作为系统设计语言，编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。 C 语言对操作系统和系统 使用程序以及需要对硬件进行操作的场合，用 C 语言明显优于其它解释型高级语言 .C 语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件，而且它是数值计算的高级语言。 所以本次设计采用 C语言编程。 第 节 系统初始化 软件系统设计设置包括声明库函数如： include， include 等，温湿度检测采用 DHT11 温湿度传感器，由于 DHT11 的单总线方式，数据的读写都占用同一根线，所以每一种操作都必须严格按照时序进行。 图 为测温湿度子程序流程图。 单片机首先发送复位脉冲，该脉冲使信号线上所有的 DHT11 芯片都被复位，接着发送 ROM 操作命令，使得序列号编码匹配的 DHT11 被激活。 被激活后的 DHT11 进入接收内存访问命令状态，内存访问命令完成温湿度转换、读取等工作（ 单总线在 ROM命令发送之前存储命令和 控制命令不起作用）。 接口 定义系统应用如下： sbit DQ=P1^7； //数据传输线接单片机的相应管脚 sbit key1=P1^3； //温湿度切换 sbit key2=P2^4； //电机正转使衣架打开 sbit key3=P3^5； //电机反转使衣架收回 系统初始化还要定系统中的数据变量如： bit FLAG； extern unsigned char LcdBuf[5]； INT8U LcdBuf[5]={0}； unsigned char tempL=0； //设全局变量 unsigned char tempH=1； float temperature； //w 温湿度值保存在 temperature 里 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 27 第 节 温湿度检测 温湿度检测采用 DHT11 温湿度传感器，由于 DHT11 的单总线方式，数据的读写都占用同一根线，所以每一种操作都必须严格按照时序进行。 图 图。 单片机首先发送复位脉冲，该脉冲使信号线上的 DHT11 芯片都被复位，接着发送ROM 操作命令，使得序列号编码匹配的 DHT11 被激活。 被激活后的 DHT11 进入接收内存访问命令状态，内存访问命令完成温度转换、读取等工作（单总线在 ROM 命令发送之前存储命令和控制命令不起作用）。 图 温度检测流程图 系统复位 发匹配 ROM 指令 发 64 位 ROM 码 发温湿度转换命令 系统复位 读数据至内存 发读暂存命令 发 64 位 ROM 码 发匹配 ROM 指令 完成转换。 是 返回 否 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 28 湿度测试采用 555 转换电路 来测试，系统首先通过外部定时器测出 555 转换电路的输出频率，根据测试频率利用公式 计算出湿度传感器阻抗，通过上面 DHT11 对温度的测试，这里读取温度值，查询下 表 得到当前湿度值。 表 060℃湿度阻抗特性数据 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 （ ） 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 29 第 电路原理分析 电路原理的设计可用 MULTISIM2020 进行仿真 (如 图 所示 )。 J1开关代表 温 湿度传感器，当下雨时．水使 J1 导通，运放 U1 输出低电平，通过 U2(555 集成电路 )单稳触发电路，输出高电平，定时时间 T=，其中 RPl 用于调节定时时间， J3为行程开关 (常闭触点 )，用于控制衣架收回的幅度， U2 输出高电平使 V1 饱和导通，继电器 J4得电，常开触点闭合，控制电机的正转，晾衣架收回，自动实现收衣动作。 当传动杆碰到位置开关 J3 时。 常闭触点自动断开， V1 截止，继电器 J4失电，开关断开，电机停转。 J2为手动控制开关．用于人工控制收衣动作。 当 温 湿度传感器干时，J1 自动断开，使电路处于正常状态。 RP3 电位器代表光敏传感器 (光敏电阻 )， RP2 用于调节光敏电阻的灵敏度，当阳光充足时，光敏电阻阻值下降．使运放 U3 输出低电平，经过 C4 和 R12 的微分电路，再通过 U4(555 集成电路 )单稳触发电路，输出高电平，定时时间 T=，其中 RP4 用于调节定时时问， J6 为行程开关 (常闭触点 )，用于控制衣架伸出的幅度， U4 输出高电平使 V2饱和导通。 继电器 J7得电，常开触点闭合，控制电机的反转，晾衣架伸出，自动实现晾衣动作。 当传动杆碰到位置开关 J6 时。 常闭触点自动断开， V2 截止，继电器 J7失电，开关断开，电机停转。 J5为手动控制开关，用于人工控制晾衣动作。 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 30 图 电路原理图 北京化工大学北方学院毕业设计（论文） 31 第 5 章 系统整体调试 按电路图接好电路之后，就在 Keil uVision4 上编写程序并用 JDT8052XP 仿真器作整机调试， JDT8052XP 仿真器兼容 Keil 公司 的 Kiel C51 开发环境 ,用户能够直 接在功能强大的集成环境下进行软件设计和硬件调试。 使用专业仿真芯片仿真标准MCS51 内核的单片机更加真实 ,性能更加可靠稳定 ,绝对没有占用标准 MCS51 内核单片机的任何用户资源。 实 时监测和显示目标 MCU的 TXD 引脚输出支持 Keil 的 printf函数打印输出具。